CÔNG NGHỆ GNSS TRONG TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ
3. Kết quả thực nghiệm
3.1. Quy trình bay chụp và kiểm tra độ chính xác
Tiến hành thực hiện bay chụp cùng khu vực, cùng thông số bay chụp (độ phủ, tốc độ bay chụp, độ cao bay chụp,…) với cả quy trình RTK và PPK. Để đảm bảo tính khách quan tiến hành sử dụng tài khoản và trạm Cors của Cục Đo đạc bản đồ (VNGeoNet) [7] đối với máy GNSS-RTK V200 và sử dụng để đo các điểm kiểm tra (Ground Control Points - GCP), sử dụng trạm Cors tư nhân của Công ty cổ phần Tập đoàn Việt Thanh đối với chế độ bay RTK. Các vị trí kiểm tra được đánh dấu bằng các dấu sơn hoặc địa vật cố định và rõ nét ngoài thực địa. Quy trình bay chụp và kiểm tra độ chính xác theo quy định tại Thông tư số 07/2021/TT-BTNMT [1]:
Hình 3: Quy trình thu nhận và xử lý dữ liệu từ UAV [1]
Nội dung đánh giá độ chính xác bao gồm đánh giá độ chính xác của mô hình DEM và độ lệch về vị trí mặt bằng của ảnh xử lý từ 2 quy trình RTK và PPK so với tọa độ kiểm tra bằng GNSS - RTK. Để tính độ chính xác mô hình DEM sử dụng các công thức sau [2 - 4]:
∆X=XDSM - XGCP (1)
∆Y=YDSM - YGCP (2)
∆H=HDSM - HGCP (3)
∆XYH=XYHDEM - XYHCCP (4)
Trong đó: ∆X, ∆Y, ∆H, ∆XYH - Các giá trị chênh lệch các thành phần tọa độ và vị trí điểm;
RMSE - Sai số trung phương; n tổng số điểm kiểm tra; XGCPi và XDEM, YGCPi và YDEM, ZGCPi, và ZDEM: Tương ứng là thành phần tọa độ theo trục X, trục Y và trục H của điểm khống chế và mô hình DEM.
3.2. Khu vực thực nghiệm và thiết bị thực nghiệm
Khu vực thực nghiệm được lựa chọn là mặt bằng khu đô thị ở thành phố Thanh Hóa, tỉnh Thanh Hóa. Đây là khu vực khá thông thoáng và được sự hỗ trợ trang thiết bị của Công ty cổ phần Tập đoàn Việt Thanh [8]. Thiết bị bay được sử dụng máy bay Phantom 4 RTK có thông số bay chụp như Bảng 1.
Bảng 1. Thông số chính của Phantom 4 Pro [8]
Trọng lượng 1280 (g) Ghi chú
Cao; Dài; Rộng 18,5; 28,9; 28.9 (cm) Tốc độ bay lên tối đa 5 (m/s) Tốc độ bay xuống tối đa 3 (m/s) Tốc độ bay ngang tối đa 16 (m/s)
Thời gian bay 23 (phút) Tầm bay cao nhất 6000 (m) Nhiệt độ hoạt động 0 ÷ 40 (độ ̣ C)
Định vị GPS/GLONAS/BEIDU
Các thông số về máy ảnh
Đặc tính kỹ thuật Cảm biến Độ phân
giải Tiêu cự Kích thước ảnh
P4P 1” CMOS 20 MP 8,8 mm 4864 × 3648
Hình 4: Phantom 4 RTK và Phantom 4 PPK gắn TeoKit
(Nguồn: Internet)
Hình 5: Máy thu GNSS-RTK V200 - hãng Hi-Target
(Nguồn: Công ty cổ phần Tập đoàn Việt Thanh)
Thiết bị GNSS - RTK được sử dụng trong thực nghiệm là máy thu V200 của hãng công nghệ Hi - Target, thông số cơ bản theo Bảng 2 [6].
Bảng 2. Thông số chính của V200 (Hi-Target)
(Nguồn: https://hi-target.vn)
Tiến hành bay chụp thử nghiệm với độ cao bay chụp là 100 m, tốc độ bay 6 m/s, độ phủ dọc/
ngang là 70/80 ở cả 2 chế độ RTK và PPK bằng drone Phantom 4 - RTK. Xử lý theo quy trình được trình bày theo Hình 5. Ảnh bay chụp UAV được xử lý trên phần mềm Agisoft Professional.
Lựa chọn 8 điểm làm điểm kiểm tra (GCP), điểm để nâng hạ mô hình DEM được đánh dấu bằng tiêu hoặc vết sơn rõ nét ở thực địa. Các điểm GCP được chọn phân bố đều trên địa hình khu đo, ở các mức độ cao khác nhau đảm bảo phản ánh được sự ảnh hưởng của thay đổi địa hình tới mô hình thành lập được.
Kết quả thực nghiệm đạt được như sau:
Hình 6: Sai số bình sai khối ảnh tổng hợp cho cả 2 phương pháp là 1 - 2,7 cm
Hình 7: Cả 2 phương pháp đạt độ chính xác cao về vị trí mặt bằng
Về vị trí mặt bằng, so với tọa độ đo bằng GNSS - RTK V200, độ lệch giữa 2 quy trình là không đáng kể (cỡ 1 - 3 cm), sai số này hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khi thành lập các loại bản đồ tỷ lệ lớn. Các sai số lớn ảnh hưởng đến sai số tổng hợp chủ yếu do ảnh hưởng từ xây dựng mô hình DSM, DEM.
Hình 8: Mô hình đám mây điểm (Dense Cloud) khu vực thực nghiệm
Về độ cao có sự sai lệch đáng kể khi xử lý mô hình từ 2 quy trình RTK và PPK so với độ cao đo được bằng GNSS - RTK V200, đánh giá bằng công thức (4). Kết quả thể hiện bảng dưới đây:
Bảng 3. Bảng so sánh kết quả chênh lệch cao độ bay chụp ảnh giữa các quy trình
STT Tọa độ X Tọa độ Y
Độ cao DEM từ quy trình bay RTK (DEM-
RTK)
Độ cao DEM từ quy trình
(DEM - PPK PPK)
Độ cao đo thực tế đo bằng máy GNSS -
RTK V200 (m)
Chênh giữa DEM và đo thực địa (mm)
DEM- RTK và
RTK
DEM- PPK và
RTK
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
1 2187674.869 581359.022 3.813 3.810 3.811 2 -1
2 2187658.076 581377.524 3.785 3.767 3.779 6 -12
3 2187649.079 581387.479 3.800 3.787 3.807 -7 -20
4 2187640.821 581396.911 3.787 3.784 3.781 6 3
5 2187640.074 581387.496 3.868 3.873 3.883 -15 -10
6 2187627.001 581378.543 3.992 3.968 3.956 37 13
7 2187696.770 581334.959 3.779 3.777 3.770 9 7
8 2187700.378 581359.238 3.665 3.662 3.663 2 -1
RMSEH (mm) 15 10
Đánh giá chung quy trình bay chụp RTK và PPK
a. Điểm giống nhau giữa RTK và PPK
- Chế độ hoạt động giống nhau. Cả hai công nghệ đều áp dụng phương thức hoạt động của trạm tham chiếu và trạm di động.
- Cả hai công nghệ đều cần khởi tạo trước khi hoạt động.
- Cả hai đều có thể đạt được độ chính xác cấp độ centimet.
b. Sự khác nhau giữa RTK và PPK
- Các phương thức truyền thông khác nhau. Công nghệ RTK yêu cầu các đài hoặc mạng vô tuyến và nó truyền dữ liệu khác biệt; Công nghệ PPK không cần sự hỗ trợ của công nghệ truyền thông mà ghi lại dữ liệu tĩnh (khi đó công nghệ RTK thì Drone UAV như một đầu thu GNSS).
- Các phương pháp hoạt động định vị khác nhau. Công nghệ định vị thời gian thực được RTK áp dụng có thể xem tọa độ và độ chính xác của các điểm đo tại bất kỳ thời điểm nào trong trạm di động; Định vị PPK thuộc về định vị sau xử lý và không thể nhìn thấy tọa độ của các điểm tại hiện trường và chỉ có thể nhìn thấy kết quả sau khi xử lý.
- Bán kính hoạt động khác nhau. Hoạt động của RTK bị hạn chế bởi trạm Cosr kết nối và khoảng cách làm việc thường không quá 10 km. Khu vực bay chụp cần được được bao phủ bởi tín hiệu mạng, đảm bảo tín hiệu liên tục đạt lời giải Fix; Sử dụng hoạt động công nghệ PPK, bán kính làm việc chung có thể đạt 50 km.
- Các mức độ ảnh hưởng khác nhau của tín hiệu vệ tinh. Trong quá trình vận hành RTK, nếu ở gần các chướng ngại vật như cây cối thì rất dễ bị mất tín hiệu. Trong quá trình hoạt động PPK, sau khi khởi tạo, nói chung không dễ bị mất tín hiệu, drone sẽ bay theo nhiệm vụ đã thiết lập từ trước.
- Các tần số định vị khác nhau. Tần số của trạm gốc RTK gửi dữ liệu vi sai và nhận trạm di động nói chung là 1 - 2 Hz và tần số định vị PPK tối đa có thể đạt tới 50 Hz.
c. Phân tích tương đối
- Tốc độ bay của máy bay không người lái rất nhanh, đòi hỏi tần suất định vị cao. Khó có thể đạt được điều kiện này bằng điều hướng thời gian thực với công nghệ RTK. PPK hỗ trợ tần số định vị 50 Hz, đáp ứng đầy đủ nhu cầu. Tuy nhiên trong điều kiện thực tế, chỉ cần chế độ đo tĩnh đạt tần số 10 Hz là đạt yêu cầu bay chụp cho tốc độ bay chụp 15 m/s.
- RTK cung cấp thông tin vị trí theo thời gian thực. PPK có thể tính toán dữ liệu phần tử lịch trong một khoảng thời gian thông qua xử lý hậu kỳ, điều này không chỉ có thể cải thiện tỷ lệ cố định mà còn cải thiện độ chính xác tính toán.
- RTK cần sử dụng đài phát thanh hoặc mô - đun liên lạc mạng, trong khi PPK không cần giảm tải thiết bị bay không người lái và tăng sức chịu đựng của máy bay.
- Khoảng cách hoạt động của RTK bị giới hạn và khoảng cách hoạt động của PPK có thể lên đến 50 km. Trong phạm vi hoạt động xa và rộng, đặc biệt là các lĩnh vực dải băng như đường dây tải điện, đường cao tốc, đường sắt, đường ống dẫn dầu khí thì PPK sẽ là sự lựa chọn tốt nhất.