2.1 .1Mục đích khảo sát
3.3. MẬT ĐỘ ĐIỂM KHỐNG CHẾ MẶT ĐẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT
QUẢ BAY CHỤP ẢNH
3.3.1. Mật độ điểm khống chế trong công tác bay chụp ảnh
Các điểm khống chế tọa độ và cao độ mặt đất sẽ được đo bằng phương pháp đo GPS tĩnh, PPK hay RTK. Điểm khống chế phải phân bố đều trên khắp khu đo, điểm khống chế sẽ được đánh dấu bằng những dấu mốc bay chụp (ground target). Khi tiến hành bay chụp, các ground target sẽ hiển thị rõ trên ảnh, giúp công tác nắn ảnh, xử lý ảnh diễn ra thuận lợi và kết quả đạt độ chính xác cao.
Hình 3.33: Dấu mốc khống chế ảnh mặt đất
bản đồ quy trình cơng nghệ tăng dày trong nhà, tư liệu ảnh, điều kiện địa hình, địa vật, trang thiết bị đo vẽ. Tùy theo phương án đã chọn, điểm khống chế ảnh mặt phẳng và độ cao có thể bố trí kết hợp hoặc riêng biệt.
Các điểm khống chế trắc địa được sử dụng làm điểm khống chế ảnh nếu đạt các yêu cầu vị trí của các điểm khống chế ảnh.
Trước khi bay chụp phải thiết kế các điểm khống chế ảnh và đo nối trên sơ đồ ảnh hoặc trên bản đồ tỷ lệ lớn nhất có trong khu vực đo đạc. Nếu khối lượng điểm khống chế nhỏ có thể thiết kế điểm mặt phẳng và độ cao trên cùng một bản đồ. Sau khi bố trí điểm khống chế ảnh phải làm sơ đồ ở tỷ lệ thích hợp, trên sơ đồ phải thể hiện ranh giới khu đo, các điểm trắc địa, điểm khống chế ảnh, tên điểm khối tăng dày, dự kiến đo nối. Ngồi ra trên sơ đồ cịn phải vẽ một số đường giao thơng chính, sơng chính và một số điểm dân cư chủ yếu.
Ở vùng đồng bằng, nếu bố trí điểm khống chế ảnh mặt phẳng theo đoạn tăng dày thì ở đầu và cuối đoạn bố trí từng cặp điểm (2 điểm), còn ở vùng đồi, núi bố trí thành cụm, mỗi cụm 3 điểm tạo thành chữ L xi hoặc L ngược [hình …]. Khoảng cách giữa các điểm khống chế ảnh tính theo cơng thức:
Tăng dày mặt phẳng: 2 ) ( 22 , 2 q S mm Mm n (3.6)
Tăng dày độ cao:
2 ) ( 08 , 2 q h mm bm n (3.7)
Trong đó: n-số đáy giữa các cặp điểm khống chế M- mẫu số tỷ lệ ảnh chụp
m-mẫu số tỷ lệ bản đồ cần thành lập
S
m -sai số trung phương của điểm tăng dày mặt phẳng
h
m -sai số trung phương của điểm tăng dày độ cao
q
m -sai số trung phương đo thị sai trên máy toàn năng f-tiêu cự máy chụp ảnh
3.3.2. Mơ hình số mặt đất từ kết quả bay chụp
Hình 3.34: Minh họa mơ hình số địa hình
Hình 3.35: Mơ hình số độ cao DEM
Hình 3.36: Mơ hình DEM (trái) và DTM (phải)
Xây dựng mơ hình số địa hình (MHSĐH) bằng phương pháp đo ảnh hiện nay là khá phổ biến do giá thành rẻ, có thể phủ hết phạm vi nghiên cứu.
MHSĐH có thể được thành lập theo nhiều quy trình khác nhau phụ thuộc vào máy móc thiết bị hiện có, giá thành đầu tư. Việc đo điểm trên ảnh có thể được thực hiện một cách thủ công, bán tự động hay tự động nhờ các phần mềm và phần cứng hiện nay. Đo ảnh trên máy đo vẽ giải tích là phương pháp thủ cơng, người thao tác có thể đo từng điểm trên các mơ hình lập thể bằng cách đặt các tiêu đo lên bề mặt đất hay số hóa 3D các đối tượng đặc trưng địa hình.
Trên các trạm đo vẽ ảnh số, MHSĐH thể được đo thủ công hay bán tự động. Việc đo MHSĐH thủ công trên các trạm đo vẽ ảnh số tương tự như trên các máy đo vẽ giải tích. Nếu đo theo chế độ tự động thì các điểm trên mơ hình được đo nhờ kỹ thuật tìm các điểm cùng tên tự động trên các ảnh phủ nhau (kỹ thuật khớp ảnh), cả hai cách đo thủ công và tự động nêu trên đều có những điểm mạnh và điểm yếu nhất định.
Cách đo thủ công truyền thống cho kết quả có độ chính xác và độ tin cậy cao nhưng chậm và hiệu quả kinh tế thấp, đặc biệt là ở các khu vực đo lớn. Cách đo tự động thường nhanh và rẻ nhưng lại thường cho kết quả sai tại các vùng có địa hình phức tạp, chẳng hạn vùng đơ thị, vùng rừng, hay các vùng ít địa vật như bãi cỏ, bãi cát lớn, mặt nước lớn.
Thực tế cho thấy độ chính xác và độ tin cậy của khớp ảnh tự động thấp hơn nhiều so với đo thủ công. Khớp ảnh tự động thường có các sai số hệ thống làm cho các điểm độ cao được khớp tự động thường nằm cao hơn bề mặt đất, nhất là đối với vùng địa hình có độ dốc lớn và có nhiều đối tượng nằm cao hơn bề mặt đất, hay cho kết quả sai tại các vùng đô thị, rừng, bãi cỏ, bãi cát, mặt nước lớn. Do đó, sau khi đo tự động MHSĐH hầu như luôn phải chỉnh sửa thủ công. Trong một số hệ thống đo vẽ ảnh số để loại trừ sai số này, người thao tác xác định trước các vùng mà tại đó khớp ảnh tự động khơng cho kết quả chính xác, phần mềm khớp ảnh sẽ bỏ qua các vùng này để người thao tác tự đo thủ công.
Xây dựng MHSĐH bằng phương pháp đo ảnh là phương pháp hiệu quả, chi phí kinh phí thấp, do các điểm độ cao thể hiện trên mơ hình lập thể nên giúp
người sử dụng dễ nhận biết trực quan trên mơ hình hay các điểm đặc trưng địa hình.
Hình 3.37: Lấy dữ liệu MHSĐH bằng phương pháp đo ảnh
Việc lấy mẫu cũng có thể tự động bằng cách phương pháp nhích dần, kỹ thuật khớp ảnh hay lấy số liệu theo đường đồng mức và số liệu mặt quét bằng độ xám của ảnh. Sử dụng máy đo ảnh giải tích hoặc trạm đo ảnh số thì việc thu thập số liệu địa hình có thể thực hiện thủ công, bán tự động hoặc tự động. Theo phương thức thủ cơng tồn bộ số liệu tọa độ X, Y, Z của địa hình đều do người sử dụng trực tiếp đo trên mơ hình, cịn với phương thức bán tự động thì chỉ cần xác định cao độ Z còn X, Y do máy xác định, còn lại phương thức tự động sẽ xác định tự động X, Y, Z để xây dựng mơ hình trên lập thể. Hiện nay có năm phương thức lấy mẫu của mơ hình:
Khi sử dụng máy đo giải tích thì phương thức tốt nhất để lấy số liệu địa hình cho MHSĐH là tiến hành đo độ cao trên mơ hình lập thể theo lưới quy chuẩn [hình 2.38a]. Các số liệu được đo trực tiếp trên địa hình, khi tiêu đo máy vẽ xê dịch đến điểm lưới cần đo thì cần có khoảng thời gian nhất định để cắt lập thể chính xác điểm đo (khoảng 0.2 giây). Phương pháp này có ưu điểm độ chính xác và hiệu suất cao, nhược điểm là không thể hiện được yếu tố đặc trưng của địa hình.
độ phức tạp của địa hình, với việc lấy mẫu và phân tích mẫu đồng thời, sau đó mới quyết định lấy mẫu tiếp theo. Đầu tiên lấy mẫu với mật độ thưa, sau đó phân tích mới quyết định lấy mẫu tăng dày, mỗi lần được tăng gấp đôi số mẫu lấy được. Trước khi chọn một lưới vng gồm chín (9) điểm trên mạng thô và xác định độ chênh cao giữa các cặp điểm liền kề dọc theo hàng và cột, sau khi tính tốn và kiểm tra độ chênh độ cao so với giới hạn cho phép [hình 2.38b], các độ chênh so sánh này chứa các thơng tin về độ cong của địa hình (nếu chênh vượt giới hạn cho phép thì phải tăng dày lưới điểm mẫu) và phải lặp lại cho đến khi độ chênh không vượt quá giá trị giới hạn. Phương thức này thường được áp dụng khi trên ảnh khơng có vùng mây che, hoặc địa vật nhân tạo và có thể tự động hóa kể cả với địa hình phức tạp do địi hỏi ít điểm lấy mẫu hơn lưới quy chuẩn [hình 2.38a]. Tuy nhiên khi gặp đặc trưng của địa hình thì phải lấy mẫu nhiều hơn. Ưu điểm là lấy mẫu phù hợp hơn với thực tế đia hình, nhưng phải tiến hành tính tốn và so sánh nhiều hơn, lưu trữ và quản lý số liệu phức tạp hơn với lưới quy chuẩn.
Phương thức lấy mẫu đặc trưng của địa hình: Đây là phương thức lấy mẫu tự chọn theo đặc trưng của địa hình [hình 2.38c] như đường sống núi, đường tụ thủy, đỉnh núi, yên ngựa, đứt gãy…vv. Tuy nhiên, việc xử lý số liệu và lưu trữ số liệu sẽ phức tạp hơn các phương pháp còn lại.
Hình 3.38: Mẫu quy chuẩn lưới đều(a), Nhích dần(b), lựa chọn(c),hỗn hợp(d)
Phương thức lấy mẫu hỗn hợp: là phương thức bán tự động kết hợp sự lựa chọn với phương pháp nhích dần [hình 2.38d] nên giảm thiểu sự khơng liên tục, gián đoạn trong phương thức nhích dần, phản ánh được chính xác địa hình, chỗ nào cần lấy phù hợp hơn.
Phương thức lấy mẫu tự động: là phương thức lấy mẫu theo lưới quy chuẩn trên cơ sở khớp ảnh tự động. Hiện nay với sự phát triển công nghệ đo ảnh, ảnh số và công nghệ phần mềm đã cho ra đời nhiều phần mềm tự động hóa lấy mẫu và xây dựng MHSĐH như: ISDC, ISMT của hãng Intergraph (Mỹ), module ATE trong phần mềm SOCET SET của LH system (Mỹ), PHODIS TS hãng Zeiss (Đức) hay IMAGINE OrthoMAX của ERDAS và một số phần mềm phổ biến khác.
Quy trình thành lập MHSĐH bằng phương pháp đo ảnh kết hợp [hình 3.38]: thu thập lấy mẫu từ các đối tượng đặc trưng của địa hình như đường tụ thủy, đường phân thủy, đứt gãy và lưới độ cao theo phương thức lấy mẫu hỗn hợp, các đường đặc trưng được thực hiện số hóa thủ cơng và các điểm lưới độ cao có thể thực hiện tự động, sau đó hiệu chỉnh thủ cơng. Sau đó lấy mẫu trên trạm đo ảnh số, kiểm tra tiếp biên giữa các MHSĐH.
Thực tế cho thấy, trong q trình kiểm tra độ chính xác MHSĐH thì thấy rằng trong phương pháp nội suy tự động đường đồng mức bộ lộ nhiều nhược điểm. Tuy nhiên, kết quả MHSĐH lại khơng thể hiện đúng với địa hình thực tế.
Như vậy, tùy theo yêu cầu cụ thể về độ chính xác, trang thiết bị, điều kiện để xây dựng MHSĐH:
Hình 3.40: Quy trình xây dựng mơ hình số địa hình từ phương pháp đo ảnh số phương pháp đo ảnh số
Các điểm MHSĐH dạng lưới được đo tự động trên trạm đo ảnh số với độ chính xác khơng cao, sử dụng như nắn ảnh trực giao ở tỷ lệ trung bình và nhỏ. Tuy nhiên kết quả khớp ảnh thường khơng chính xác tại các khu có thực phủ, địa vật nhân tạo nhà cửa mà chỉ đảm bảo mật độ dày, nhanh chóng.
Các điểm dạng lưới được đo tự động trên trạm đo ảnh số, sau đó bổ sung đặc trưng của mơ hình thủ cơng. Phần mềm chỉ tạo ra sơ đồ các điểm lưới và giúp người sử dụng chuyển từ điểm này sang điểm khác thuận lợi.
Các điểm lưới mơ hình được đo lập thể trên máy giải tích, và bổ sung các đường và điểm đặc trưng của mơ hình.
Các điểm MHSĐH được lấy từ đường bình độ, các đường bình độ này được đo vẽ lập thể trên các máy đo giải tích hay trạm đo ảnh số và đo bổ sung các điểm, đường đặc trưng của địa hình.
nhiều vào tỷ lệ và độ phân giải của ảnh, độ cao bay chụp, tỷ số giữa đường đáy và độ cao bay chụp, độ chi tiết của địa hình hay mật độ phân bố của điểm lấy mẫu.
Độ chính xác của các sản phẩm bản đồ thành lập từ công nghệ UAV phụ thuộc vào phần mềm và thuật tốn xử lý ảnh được sử dụng. Để có thể lựa chọn đưa ra phần mềm phù hợp cần có thơng tin chi tiết về các phần mềm (miễn phí và thương mại) được sử dụng rộng rãi hiện nay.
CHƯƠNG 4
THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1/2000 4.1. KHÁI QUÁT KHU VỰC THỰC NGHIỆM
Huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam là khu vực được lựa chọn cho việc thực nghiệm thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 đường đồng mức 1m. Kim Bảng là huyện nằm ở phía tây bắc của tỉnh Hà Nam, cách Hà Nội khoảng 60 km, gần trục quốc lộ 1A, 21A, 21B, 38B. Tồn huyện có 18 xã và 1 thị trấn. Kim Bảng nằm trong vùng tiếp xúc giữa vùng trũng đồng bằng sông Hồng và dải đá trầm tích ở phía tây nên có địa hình đa dạng. Phía Bắc sơng Đáy là đồng bằng thấp với các dạng địa hình ơ trũng, phía Nam sơng Đáy là vùng đồi núi có địa hình cao, tập trung nhiều đá vơi, sét.
4.1.1. Mục đích, yêu cầu
4.1.1.1. Mục đích
Thành lập hệ thống mốc khống chế, bản đồ địa hình 1/2000 khoảng cao đều 1m theo Tiêu chuẩn Việt Nam phục vụ cho việc quy hoạch, quản lý sử dụng sau này.
4.1.1.2. Yêu cầu
a) Cơ sở toán học:
Bản đồ được thành lập trong Hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu 30(k=0.9999), kinh tuyến trục 1050, hệ độ cao Hòn dấu, Hải Phòng.
b) Bay chụp ảnh:
- Độ phủ: 70x70; - Độ phân giải: 10 cm;
- Độ cao bay chụp: 570 m so với địa hình; - Diện tích bay chụp: khoảng 15 km2/1 ca - Số ca bay: 8 ca, Số ngày bay: 07;
- Khống chế ảnh ngoại nghiệp: 254 điểm (dải tiêu, đo bằng RTK - GNSS bằng máy Trimble 2 tần);
- Phương tiện bay: Sử dụng hệ thống bay không người lái Geoscan 201 của hãng GEOSCAN.
a) Một số thông số máy bay không người lái Geoscan 201
Kiểu UAV Cánh cố định
Trọng lượng cất cánh 5.5kg
Sải cánh 2.3m
Động cơ Động cơ điện
Thời gian bay 150 phút
Vận tốc bay 18-35m/s
Trần bay 4000m
Độ cao bay an tồn thấp nhất 120m
Khởi động Súng phóng
Hạ cánh Hạ cánh bằng dù
Thiết bị mang theo Máy ảnh sony RX1/RX1R Tốc độ gió cho phép 12m/s
Nhiệt độ cho phép Từ -20 đến 40 độ C
c) Lập lưới khống chế , bản đồ địa hình 1/2000, khoảng cao đều 1m:
- Lưới khống chế: Tuân thủ theo Thông tư số 68/2015/TT-BTNMT, ngày 22/12/2015 của Bộ Tài nguyên và môi trường về việc Qui định kỹ thuật đo đạc trực tiếp địa hình phục vụ thành lập bản đồ địa hình và cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:500 đến 1: 5000;
- Bản đồ địa hình: Tuân thủ theo Quyết định số 17/2005/QĐ-BTNMT ngày 21/12/2005 của Bộ Tài nguyên và môi trường về việc Qui định kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình 1:2000 và 1: 5000 bằng cơng nghệ ảnh số.
- Tìm điểm gốc Nhà nước: Điểm mặt phẳng = 02 điểm địa chính cơ sở số hiệu: 128432 (thuộc xã Nguyễn Úy); 128429 (thuộc xã Ngọc Sơn);
4.1.2. Đặc điểm tình hình khu đo
Khu đo nằm trên địa bàn các xã: Tượng Lĩnh, Lê Hồ, Nguyễn Úy, Tân Sơn, Thụy Lôi, Ngọc Sơn, Khả Phong và Thị trấn Ba Sao thuộc huyện Kim Bảng tỉnh Hà Nam, được giới hạn bởi các tọa độ địa lý sau:
Từ 20°36'10” N đến 20°35'57,77” N
Từ 105°56'04" E đến 105°52'07” E
- Phía Bắc giáp các huyện Ứng Hồ, Mỹ Đức, Hà Nội; - Phía Đông giáp huyện Duy Tiên và thành phố Phủ Lý;
- Phía Nam giáp huyện Thanh Liêm;
- Phía Tây giáp huyện Lạc Thủy, tỉnh Hịa Bình.
Về giao thông đi lại chủ yếu là đường quốc lộ 21, các tỉnh lộ: 977, 74, 494 và một số đường nhựa liên xã, đường bê tông liên thôn, đường cấp phối. Khu vực thực nghiệm có địa hình tương đối bằng phẳng 70% là cánh đồng ruộng.
Những đặc điểm nêu trên nên không bị ảnh hưởng đến tiến độ thi cơng cơng trình, đặc biệt là trong mùa mưa hiện nay.
4.1.3. Yêu cầu kỹ thuật lập bản đồ địa hình 1/2000 khoảng cao đều 1m