2.2.1. Công tác chuẩn bị và thiết kế bay chụp
- Ta phải khái quát địa lý khu vực cần thành lập bản đồ, từ đó ta có tiêu chí để lựa chọn các đối tƣợng, hiện tƣợng để thể hiện lên bản đồ.
Bố trí và đo điểm KCA
Bay chụp ảnh phục vụ tạo DSM
Khai báo khống chế ảnh và khớp ảnh tự động
Chiết xuất và xây dựng CSDL đám mây điểm
Nội suy mơ hình số bề mặt (DSM) và đánh giá độ chính xác DSM
- Xác định mức độ khó khăn, xác định độ chính xác khi thành lập bản đồ cho khu vực.
- Kết hợp các quy định, quy phạm trong thành lập bản đồ địa hình với các đặc điểm địa lý, kinh tế - xã hội của khu vực thành lập bản đồ.
- Chuẩn bị các công việc phục vụ cho ca bay chụp:
+ Thu thập các tài liệu liên quan đến khu vực cần thành lập bản đồ.
+ Liên hệ với các cơ quan nhà nƣớc, chính quyền địa phƣơng làm thủ tục và xin giấy phép bay;
+ Số liệu tọa độ, độ cao các điểm khống chế các cấp; + Khảo sát khu đo, chọn vị trí cất hạ cánh;
+ Chuẩn bị và kiểm tra các thiết bị máy và phƣơng tiện phục vụ công tác bay chụp ảnh.
Công tác thiết kế bay chụp cơ bản bao gồm tính tốn độ cao bay của UAV, xác định độ phủ dọc và độ phủ ngang của ảnh, thiết kế và tính tốn số đƣờng bay, ƣớc tính tổng số ảnh cần chụp và tổng dung lƣợng ảnh, tính tốc độ chụp và tổng thời gian bay.
Các tham số cho công tác thiết kế bay chụp đƣợc xác định tùy thuộc vào diện tích bay chụp và độ chính xác của sản phẩm bản đồ. Sau đó, chúng đƣợc nhập vào phần mềm quản lý và thực hiện bay chụp nhƣ Pix4Dcapture, Mission Planner, Dji Ground Control Station …
2.2.1.1. Thiết kế độ cao bay chụp cho UAV
Vì kích cỡ của cảm biến thu nhận ảnh trong máy ảnh là cố định, do đó độ phân giải điểm ảnh (kích thƣớc của pixel) bị chi phối bởi độ cao bay chụp. Kích cỡ
điểm ảnh ảnh hƣởng đến độ chính xác của các sản phẩm bản đồ. Mối quan hệ giữa độ cao bay chụp và độ phân giải điểm ảnh đƣợc thể hiện trong công thức dƣới đây:
HBC = Lim.GSD.fk
LSS.100 (m)
(2.2) Trong đó:
HBC: độ cao bay chụp của UAV, đơn vị là m;
Lim (image Length): độ dài của ảnh chụp, đơn là pixcel;
GSD (Ground Sample Distance): độ phân giải mặt đất, đơn vị là cm; fk: tiêu cự của máy chụp ảnh, đơn vị mm;
LSS (Sensor Length): chiều dài của cảm biến thu nhận ảnh của máy ảnh, đơn vị mm.
2.2.1.2. Tính tổng số đường bay của UAV
Tổng số đƣờng bay của UAV phụ thuộc vào độ phủ ngang giữa hai dải bay kề nhau và đƣợc tính theo cơng thức:
n = WPr
ma.WSS.(100-q%) .100
(2.3) Trong đó:
n: số dải bay;
WPr: độ rộng khu vực bay chụp, đơn vị m; ma: mẫu số tỷ lệ ảnh;
WSS: chiều rộng của Sensor, đơn vị m;
q%: độ phủ dọc.
Ví dụ: Khu đo có kích cỡ là 168 m dài x 156 m rộng; độ phủ ngang của ảnh là 65%; WSS của máy ảnh là 4.72 mm; ma là 19.000, tổng số đƣờng bay là 5 đƣờng bay (làm trịn) 2.2.1.3. Tốc độ chụp ảnh Ta có cơng thức tính tốc độ chụp ảnh: VChụp = Lim(hoặc Wim).GSD 100 . 100-p% 100 . 1 v (s/ảnh) (2.4)
Trong đó:
Lim, Wim: chiều dài, chiều rộng của ảnh, đơn vị pixcel; v: tốc độ bay của UAV.
Vì chiều cao và chiều rộng của cảm biến thu nhận ảnh trên máy ảnh là khác nhau, do vậy tốc độ chụp ảnh phụ thuộc vào việc máy ảnh đặt song song hay vng góc với hƣớng bay (dễ dàng điều chỉnh), do vậy, Lim hay Wim sẽ đƣợc chọn.
Hình 2. 2: Bố trí hướng máy ảnh trên UAV (a) Máy ảnh đặt vng góc với hướng bay; (b) Máy ảnh đặt song song với hướng bay.
- Thông số máy ảnh
+ Kích thƣớc Sensor: 6.32 x 4.74 mm; + Số pixel ảnh: 4000 x 3000 pixel; + Số điểm ảnh: 12 triệu pixel;
+ Kích thƣớc pixel ảnh: 1.56 x 1.56 μm; + Tiêu cự chụp ảnh: 3.61 mm;
2.2.1.4. Thiết kế tuyến bay phục vụ thành lập mơ hình số bề mặt và bản đồ trực ảnh
Tùy thuộc vào hình dạng và kích thƣớc của khu đo mà ta có thể dựa vào đó để có thể thiết kế đồ hình sao cho tối ƣu. Phầm mềm Map Pilot hay Pix4D… hoàn
toàn giúp ta thực hiện điều đó. Đây là những phần mềm chuyên dụng đƣợc xây dựng để thiết kế tuyến bay tích hợp với nền bản đồ Google map.
2.2.2. Bố trí điểm và đo khống chế ảnh
Các sản phẩm bản đồ từ công nghệ UAV cần thể hiện trong hệ tọa độ quy chiếu quốc gia VN-2000, trong khi các phần mềm hỗ trợ thiết kế tuyến bay sử dụng tọa độ từ vệ tinh GPS, do đó cần phải có cơng tác chuyển đổi tọa độ. Cơng tác này có thể thực hiện thơng qua hai phƣơng pháp:
+ Chuyển đổi trực tiếp dựa trên tham số máy ảnh và tọa độ GPS của UAV: Phƣơng pháp này chỉ thực hiện đƣợc khi UAV có thiết bị định vị tọa độ chính xác.
+ Dựa vào các điểm khống chế mặt đất GPS, đƣợc cung cấp cho phần mềm xử lý ảnh: Phƣơng pháp này quy chiếu tọa độ tấm ảnh theo tọa độ điểm khống chế mặt đất đƣợc thiết lập thơng qua bình sai tam giác ảnh không gian.
Theo Turner [20] chỉ ra rằng, phƣơng pháp thứ hai cho độ chính xác cao hơn, do đó phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng hơn.
Số lƣợng điểm và phƣơng án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp phụ thuộc vào độ chính xác cần đạt đƣợc của sản phẩm bản đồ. Ngày nay với sự phát triển mới của phƣơng pháp tam giác ảnh cho phép nâng cao độ chính xác và hiệu quả của công tác tăng dầy. Vì vậy số điểm khống chế ngoại nghiệp đƣợc giảm đi rất nhiều, các phƣơng án bố trí điểm cũng rất linh hoạt.
Sau khi thiết kế tuyến bay và đo khống chế ngoại nghiệp, ta cần tiến hành kiểm tra hệ thống UAV xem có đạt đƣợc các u cầu cho cơng tác bay chụp khơng, nếu đạt đƣợc những u cầu này thì ta mới tiến hành bay chụp.
2.2.3. Bay chụp ảnh UAV
2.2.3.1. Thiết bị thực nghiệm
Trƣớc khi tiến hành thực nghiệm chúng tôi đã tiến hành khảo sát 1 số loại thiết bị UAV trong thực tế hiện nay và thấy rằng có nhiều chủng loại khác nhau, tuy nhiên trong các đơn vị đo đạc – bản đồ hiện nay các thiết bị UAV đƣợc chia làm 2 loại chính cánh cố định và cánh quay.
2.2.3.2. Cơng tác chuẩn bị bay chụp
Sau khi thiết kế tuyến bay và đo khống chế ngoại nghiệp, ta cần tiến hành kiểm tra hệ thống UAV xem có đạt đƣợc các u cầu cho cơng tác bay chụp không, nếu đạt đƣợc những yêu cầu này thì ta mới tiến hành bay chụp.
Trƣớc khi bay chụp tại thực địa, cần phải tiến hành kiểm tra khơng gian bao quanh vị trí đƣợc lựa chọn phục vụ cho cất, hạ cánh an toàn, bao gồm: xác định khả năng thơng thống để thu tín hiệu GPS đƣợc tốt nhất, ƣớc lƣợng gần đúng chiều cao một số đối tƣợng cao nhất trong khu chụp (nhà cao tầng, cây, cột ăng ten, đƣờng dây điện...) và đặc biệt lƣu ý đến vị trí của các trạm thu phát sóng (truyền hình, điện thoại di động, radar...) xuất hiện trong khu chụp, vì có thể gây ảnh hƣởng nhiễu đến bộ điều khiển của thiết bị bay không ngƣời lái UAV.
Một ca bay chụp bằng thiết bị bay UAV đƣợc thực hiện theo các bƣớc sau: - Sạc pin cho các thiết bị sau:
+ UAV;
+ Trạm thu tín hiệu mặt đất; + Bộ phận điều khiển từ xa RC;
+ Máy tính xách tay hoặc máy tính bảng; + Máy chụp ảnh.
- Kiểm tra xem đã gắn thẻ nhớ chƣa và kiểm tra dung lƣợng bộ nhớ. - Chuẩn bị bay:
+ Kiểm tra xem có pin ở trong máy bay không và bật khởi động máy bay; + Khởi động máy tính (máy tính bảng) và phần mềm điều khiển bay; + Kiểm tra đƣờng nối giữa USB bộ phận nhận tín hiệu video và ngƣợc lại; + Chép file thiết kế tuyến bay vào thẻ nhớ gắn vào UAV.
- Quá trình bay:
+ Lắp pin vào máy bay; + Chờ đợi nhận tín hiệu GPS;
+ Khi chụp hết tuyến bay hoặc thiết bị hết pin, đổi sang chế độ điều khiển bằng tay và hạ cánh;
- Khi thực hiện bay chụp xong ta tắt nguồn các thiết bị, sao chép các ảnh từ thẻ nhớ vào máy tính xách tay.
2.2.4. Xử lý dữ liệu ảnh chụp
Q trình này chúng tơi tiến hành sử dụng phần mềm Pix4Dmapper để thực hiện việc xử lý ảnh sau khi bay chụp. Trƣớc khi tiến hành xử lý khớp ảnh trên phần mềm, tiến hành truy cập vào thƣ mục lƣu ảnh trong máy tính, xố bỏ các tấm ảnh chụp thừa (các tấm ảnh này thƣờng sinh ra khi mỗi lần máy bay cất cánh).
- Kiểm tra các thông số máy ảnh: