4.5. Đánh giá ưu, nhược điểm của công nghệ quét laser mặt đất đối với từng đối tượng phi địa hình
Qua quá trình thực nghiệm thu nhận dữ liệu các đối tượng phi địa hình cụ thể là đối tượng hang động, tuyến phố và các di sản văn hố, tác giả có một số nhận xét chính về ưu và nhược điểm như sau đối với từng đối tượng cụ thể như sau:
4.5.1. Đối với đối tượng là hang động
Ưu điểm:
Máy qt 3D hồn tồn có thể thu thập tương đối địa hình hang động với độ chính xác cao và chi tiết những gì nhìn thấy;
Do chỉ thu thập dữ liệu nhìn thấy nên việc áp dụng cơng nghệ này chỉ cần một lần thu thập, cần áp dụng thêm các cơng nghệ xun đất khác;
Địa hình hang nhiều vị trí tương đối hiểm trở và khó di chuyển cũng như đặt máy nên gây khó khăn khá lớn cho nhóm khảo sát cũng như ảnh hưởng đến độ chi tiết của số liệu;
Có thể tiến hành cùng lúc: thu thập dữ liệu điểm (x,y,h) và chụp ảnh toàn cảnh khu vực đo;
Cho phép tiến hành đo vào ban đêm, vì vậy có thể thực hiện ở những nơi ẩn khuất, thiếu ánh sáng như hầm, cống ngầm, hang động, hố sâu…
Quá trình nắn, ghép trạm đo, xử lý số liệu được tiến hành gần như tự động vì vậy cho kết quả nhanh và chính xác;
Sử dụng tiêu đo để nắn ghép mơ hình nên thiết bị có thể đặt bất cứ vị trí nào có thể nhìn thấy đủ số tiêu u cầu;
Có thể đưa ra nhiều loại sản phẩm cùng một kết quả đo, một lần đo: Dữ liệu 3D dạng đám mây điểm (PointClouds), mơ hình 3D, ảnh tồn cảnh, dữ liệu 2D, bản vẽ CAD, mô phỏng 3D….
Nhược điểm:
Quá trình tạo ra mơ hình 3D bằng bộ phần mềm chun dụng tương đối phức tạp, đòi hỏi người thao tác phải làm thủ công nhiều công đoạn;
Với yêu cầu độ chính xác tọa độ địa lý cao, khó có thể thực hiện với các hệ thống máy quét phổ thơng;
Kết quả mơ hình 3D được tạo ra có dung lượng lớn, nếu giảm bớt số lượng điểm đo để dung lượng nhỏ thì chất lượng mơ hình kém đi rất nhiều. Điều này ảnh hưởng đến quá trình hiển thị dữ liệu trong các phần mềm mô phỏng 3D và thành lập bản đồ 3D;
Máy tính địi hỏi cấu hình lớn (bộ nhớ RAM 16GB trở lên).
Tuy nhiên, những nhược điểm này sẽ dần dần được khắc phục khi chúng ta làm chủ được công nghệ.
4.5.2. Đối với đối tượng là tuyến phố
Ưu điểm:
Máy quét có thể thu thập dữ liệu các mặt nhà trên tuyến phố với độ chính xác cao và đầy đủ chi tiết;
Việc sử dụng quy trình qt tuyến phố khơng cần sử dụng các tiêu đo, thời gian quét tuyến phố sẽ nhanh và đơn giản hơn trong việc xử lý nội nghiệp.
Nhược điểm:
Do máy quét chỉ quét được ở dưới mặt đất, nên khơng thể thu thập được các đối tượng trên cao, chính vì vậy vẫn cần hỗ trợ thêm các phương pháp thu thập số liệu từ trên cao;
Tùy từng ứng dụng, số trạm máy sẽ tăng lên. Nếu yêu cầu thể hiện chi tiết từng mặt nhà, cần giảm khoảng cách các trạm máy để tăng thêm số liệu thu thập;
Phương pháp quét theo tuyến phố cần sự hỗ trợ của máy tồn đạc độ chính xác cao để đưa về hệ tọa độ chuẩn, tuy nhiên làm tăng thời gian thực hiện ở một trạm máy.
4.5.3. Đối với đối tượng là di sản văn hóa và bảo vật
Ưu điểm:
Trong bảo tồn di sản, dữ liệu được số hóa là các di sản có kiến trúc đặc biệt, khác so với kiến trúc hang động hay tuyến phố. Các dữ liệu cần chi tiết hóa chính xác. Việc áp dụng công nghệ quét laser là yêu cầu bắt buộc;
Việc quét di sản có thể dùng nhiều phương pháp, kể cả kết hợp các quy trình của hang động và tuyến phố;
Khác biệt với quét hang động hay tuyến phố là số trạm quét dầy hơn nhiều, màu sắc của quét di sản cũng là ưu tiên hàng đầu. Vì vậy u cầu cần thiết bị có khả năng chụp ảnh chất lượng cao hoặc thiết bị chụp ảnh chuyên dụng, bổ sung thêm đèn nếu cần thiết.
Nhược điểm:
Tương tự như quét tuyến phố, các đối tượng trên mái đình, mái chùa khó có thể thu thập với phương pháp thơng thường mà cần sử dụng kết hợp với các thiết bị thu thập trên cao hoặc đưa máy quét lên cao để làm việc;
Yêu cầu sản phẩm của đối tượng di sản cũng phức tạp hơn các đối tượng khác. Sản phẩm cần có độ thẩm mỹ, độ chính xác cao. Sản phẩm có thể bao gồm cả những mơ hình Mesh có độ phức tạp cao mà các đối tượng hang động hay tuyến phố không cần tới.
4.5.4. So sánh các bước trong quy trình quét các đối tượng phi địa hình
Sau quá trình thực nghiệm thu thập dữ liệu của 3 loại đối tượng phi địa hình theo quy trình tổng quát, tác giả đưa ra những bước kèm theo thiết bị bổ sung cần thiết đối với từng loại đối tượng nêu trên, chi tiết trong bảng sau:
Bảng 4.2. Bảng so sánh quy trình quét các đối tượng phi địa hình
Quy trình Hang động Tuyến phố Di sản
Chuẩn bị lưới Nếu cần Có Nếu cần
Xây dựng mốc Khơng Có Nếu cần
Sử dụng thiết bị chiếu sáng kèm theo Cần Không cần Cần Sử dụng thiết bị chụp ảnh chun
dụng Khơng cần Nếu có Cần
Sử dụng tiêu đo Cần Không cần Cần hoặckhông
Sử dụng phương pháp đo tuyến Khơng Cần Có thể
Mật độ trạm dầy Khơng Khơng Có
Kết hợp bay chụp Khơng Có Có
Nắn ghép tự động Khơng Có thể Có thể
u cầu độ chính xác cao Khơng cần Cần Cần
Yêu cầu sản phẩm pointcloud Có Có Có
130
4.6. Ứng dụng của sản phẩm
Là cơ sở dữ liệu nền tảng sử dụng để so sánh với mơ hình 3D quét sau này;
Đánh giá biến dạng và những thay đổi của cơng trình;
Sao chép mơ hình sang các cơng trình kiến trúc đã bị phá huỷ;
Đo vẽ phục vụ công tác quy hoạch phát triển trong tương lai;
Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho mục đích quản lý tồn bộ dưới dạng số trên nền tảng máy tính và kết nối mạng.
Tiểu kết Chương 4
Thiết bị quét là công cụ đắc lực đối với việc thu thập số liệu cho các đối tượng phi địa hình. Máy qt có thể sử dụng kết hợp với nhiều cơng cụ khác để tạo ra sản phẩm tối ưu với từng đối tượng. Tuy nhiên tùy từng đối tượng cần có những quy trình khác nhau, có đối tượng có thể cần đến độ chính xác tọa độ địa lý cao, có đối tượng khơng cần đến tiêu để nắn ghép, có đối tượng cần sử dụng tiêu đo để tăng cường độ chính xác nội bộ.
Kết quả của chương này đã khẳng định khi thu thập dữ liệu các đối tượng phi địa hình khác nhau cần phải có những quy trình kỹ thuật linh hoạt đồng bộ với giải pháp cơng nghệ thích hợp (thiết bị phù hợp) nhằm ứng dụng thành công hệ thống quét laser mặt đất và đáp ứng tức thời về nhu cầu khai thác cơ sở dữ liệu trong khảo sát các đối tượng phi địa hình.
Quy trình cơng nghệ nêu trên phù hợp và đáp ứng khả năng ứng dụng có hiệu quả trong khảo sát đối tượng phi địa hình. Từ đó rút ngắn thời gian thực hiện, giảm nhẹ cơng tác ngoại nghiệp và tiết kiệm chi phí.
1
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:
1. Cơng nghệ qt Laser 3D mặt đất là một cơng nghệ hiện đại, mang tính tự động hóa cao, hoạt động gắn liền trên nền công nghệ thông tin, dữ liệu thu nhận ổn định, khách quan và cho phép đo đạc vùng địa hình rất khó khăn, khó tiếp cận. Sản phẩm của cơng nghệ là dữ liệu số lý tưởng mơ tả định tính, định lượng các đối tượng địa lý và có độ chính xác tin cậy được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cả địa hình và phi địa hình mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao hơn so với công nghệ truyền thống.
2. Chương trình xử lý dữ liệu đám mây điểm được xây dựng trên cơ sở sử dụng thuật tốn lọc dữ liệu qt bằng bổ sung mơ hình hóa bề mặt và phát triển mơ hình TIN tăng cường bộ lọc để xây dựng DEM đảm bảo độ chính xác xây dựng mơ hình số địa hình. Đây thực sự là sản phẩm mang tính thời sự, khoa học hiện đại, mang tính mở, có tính thực tiễn cao góp phần rút ngắn thời gian thực hiện công tác nội nghiệp và tiết kiệm chi phí. Đặc biệt làm chủ được cơng nghệ cốt lõi trong bài tốn lọc đám mây điểm.
3. Đưa ra quy trình cơng nghệ qt laser 3D mặt đất cho việc khảo sát đối tượng phi địa hình phù hợp và mang lại hiệu quả kinh tế trong điều kiện thực tiễn ở Việt Nam.
4. Kết quả nghiên cứu còn là tài liệu tham khảo phong phú phục vụ việc giảng dạy, nghiên cứu khoa học cũng như phát triển những ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ở nước ta.
Kiến nghị:
1. Đối tượng trong lĩnh vực phi địa hình rất đa dạng với yêu cầu thể hiện khác nhau nên số liệu thực nghiệm trong q trình thực hiện luận án cịn hạn chế. Để đánh giá đầy đủ hơn về độ chính xác và tính hiệu quả kinh tế cần triển khai thêm thực nghiệm với các đối tượng và các loại thiết bị quét laser 3D mặt đất khác, nhất là các đối tượng đòi hỏi độ chính xác và mức độ chi tiết cao trong lĩnh vực chế tạo máy và y học.
2. Các cơ quan quản lý nhà nước cần sớm ban hành bổ sung các văn bản quy phạm quy định kỹ thuật, định mức – đơn giá trong lĩnh vực ứng dụng laser mặt đất cho cơng tác địa hình và phi địa hình.
3. Trên cơ sở mã nguồn mở đề nghị tiếp tục nghiên cứu xây dựng và phát triển các bộ code AI tổng hợp, đồng bộ để giải quyết bài toán lọc với các thư viện nhận dạng mẫu nhằm xây dưng cơ sở dữ liệu phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau như: địa hình, địa chính, lâm nghiệp, nơng nghiệp, xây dựng, bảo tồn, du lịch thông qua các website…
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN Tiếng Việt
1. Ngô Sỹ Cường, Trần Hồng Hạnh, Trần Vân Anh, Trần Xuân Trường. Ứng
dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất trong việc theo dõi biến động địa hình: thử nghiệm cho khu vực Bắc Giang, miền Bắc Việt Nam. Hội thảo Khoa học Trái đất - Mỏ - Môi trường bền vững (EME), 231 - 237, 2018.
2. Ngô Sỹ Cường, Trần Xuân Trường, Trần Hồng Hạnh, Đặng Nguyên Vũ.
Nâng cao chất lượng xây dựng mơ hình 3D bằng kết hợp cơng nghệ bay chụp UAV và quét Laser mặt đất. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất,
60, 4, 31- 40, 2019.
Tiếng Anh
3. Cuong Ngo, Truong Tran. Main factors influencing accuracy of terrestrial 3D laser scanning. Geo-spatial Technologies and Earth Resources (GTER),
p. 143-150, 2017.
4. Cao Xuan Cuong, Le Van Canh, Pham Van Chung, Le Duc Tinh, Pham Trung Dung, Ngo Sy Cuong. Quality assessment of 3D point cloud of
industrial buildings generated from imagery acquired by oblique and nadir UAV flights. National Mining University of Ukraine Publisher, 2021
5. Pham Trung Dung, Pham Quoc Khanh, Cao Xuan Cuong, Nguyen Viet Hung, Ngo Sy Cuong. The capability of terrestrial laser scanning for monitoring the displacement of high-rise buildings. Viet - Pol International Conference, 2021.
6. Hanh Hong Tran, Ngo Sy Cuong. Application comparison of 3D terrestrial
laser scanning between terrain and non-terrain objects. The 42nd Asian
Conference on Remote Sensing, 2021.
7. Pham Trung Dung, Ngo Sy Cuong. Displacement monitoring of high-rise
buildings by using terrestrial laser scanners: Faro focus 3D X130. Journal of Mining and Earth Sciences, 2021.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
I. Tiếng Việt
1. Đỗ Văn Dương (2017). Nghiên cứu phương pháp nhận dạng tự động một số
đối tượng và xây dựng cơ sở dữ liệu 3D bằng dữ liệu ảnh thu thập từ thiết bị bay không người lái. – Luận án Tiến sĩ kỹ thuật.
2. Vũ Thị Hằng (2012). Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định quy luật dịch chuyển đất đá và biến dạng bãi thải mỏ lộ thiên bằng phương pháp địa tin học phục vụ hồn thiện quy định về cải tạo phục hồi mơi trường trong khai thác khoáng sản. - Đề tài khoa học cấp Bộ, Viện Khoa học đo đạc và bản đồ
- Bộ Tài nguyên và Môi trường.
3. Nguyễn Quang Khánh (2011). Nghiên cứu thuật toán và xây dựng phần mềm
quản lý, khai thác cơ sở dữ liệu địa hình. – Luận án Tiến sĩ kỹ thuật.
4. Vũ Quốc Lập (2015). Nghiên cứu ứng dụng công nghệ quét laser mặt đất nâng cao chất lượng dữ liệu địa không gian nhằm tăng cường năng lực quản lý Nhà nước trong hoạt động khoáng sản. - Đề tài nghiên cứu cấp Bộ, mã số
2015.07.10, Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam – Bộ Tài nguyên và Môi trường.
5. Nguyễn Viết Nghĩa (2017). Đánh giá khả năng ứng dụng máy quét laser mặt
đất GeoMax Zoom 300 trong công tác thành lập mô hình 3D mỏ lộ thiên.
Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ Địa chất, tập 58 kỳ 4, Hà Nội.
6. Nguyễn Viết Nghĩa & nnk (2019). Quét laser mặt đất – Công nghệ địa
khơng gian trong cơng nghiệp khống sản. Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên
và Công nghệ, Hà Nội
7. Trần Quốc Vinh (2017). Nghiên cứu kết hợp dữ liệu của máy bay không người lái và máy quét laser mặt đất thành lập mơ hình 3D khu vực đơ thị.
Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ Địa chất, tập 59 kỳ 4, Hà Nội..
II. Tiếng Anh
8. Axelsson, P.(2000). DEM generation from laser scanner data using adaptive TIN models. Int. Arch. Photogramm Remote Sens. 2000, 33, 111–118.
9. Bae, K.-H., Belton, D., & Lichti, D. D. (2005). A framework for position
uncertainty of unorganised three-dimensional point clouds from near- monostatic laser scanners using covariance analysis. International Archives of
Photogrammetry and Remote Sensing, 36(3M\9), 7-12.
10.Balzani, M., Pellegrinelli, A., Perfetti, N., Uccelli, F, (2001). A terrestrial 3D
laser scanner: Accuracy tests. Proc. 18th Int. Symp. CIPA 2001, p.445-453.
11.Boehler, W., Marbs, A., (2002). 3D Scanning instruments. Proc. of the CIPA WG6 Int. Workshop on scanning for cultural heritage recording.
12.Chen, C.; Li, Y.; Li, W.; Dai; Tahir Rabbani Shah (2013). Multiresolution
hierarchical classification algorithm for filtering LiDAR data. ISPRS J.
Photogramm. Remote Sens. 2013, 82, 1–9.
13.Francesco Pirotti (2013). State of the Art of Ground and Aerial Laser Scanning
Technologies for High-Resolution Topography of the Earth Surface. Journal of
Photogrammetry and Remote Sensing, Vol 76, p. 56–63)
14.Glenn J Newnham (2015). Terrestrial Laser Scanning for plot-scale forest
measurement. Current Forestry Reports, Vol 4, p. 239-251.
15.Grant, D., Bethel, & Crawford (2012). Point-to-plane registration of terrestrial
laser scans. Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 72, 16-26.
16. J.-Angelo Beraldin, Franỗois Blais, Uwe Lohr, (2010), Components of Laser Scanners. In: Hans-Gerd Maas, George Volselman (Editors), Airborne and
Terrestrial Laser Scanning. Whittles Publishing, Scotland, UK, 11 – 16.
17.Johansson, M., (2002). Explorations into the behavior of three different high-
resolution ground-based laser scanners in the built environment. Proc. of the CIPA WG6 Int. Workshop on scanning for cultural heritage recording.
18.L. Monika Moskal, Guang Zheng (2012). Leaf Orientation Retrieval From
Terrestrial Laser Scanning (TLS) Data. Remote Sensing, Vol 4, p. 1-20.
19. Laser mirror scanner LMS-Z210 technical documentation and users instructions [Текст] - Riegl Austria, 2002.
20. Laser mirror scanner LMS-Z360 technical documentation and users instructions [Текст]. - Riegl Austria, 2004.
21. Laser mirror scanner LMS-Z420 technical documentation and users instructions [Текст]. - Riegl Austria, 2006.
22. Lichti, D.D., Stewart, M.P., Tsakiri, M., Snow, A.J., (2000). Calibration and
testing of a terrestrial laser scanner. Int. Arch. of Photogrammetry and Remote
Sensing, Vol. XXXIII, Part B5, p. 485-492.
23. Lichti, D. D. (2010). Terrestrial laser scanner self-calibration: Correlation
sources and their mitigation. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote