Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.3. Nghiên cứu sử dụng ảnh UAV
Nói đến thiết bị bay hay hệ thống bay không người lái – Unmmaned Aerial System (UAS) thường chúng ta hay nghĩ đến các thiết bị bay không có người vận hành bên trong, phục vụ mục đích quân sự. Tuy nhiên thời gian gần đây công nghệ
bay này đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi phục vụ mục đích dân sự. Bóng thám không hay khinh khí cầu có thể được xem là những dạng thiết bị hàng trắc cổ xưa nhất. Năm 1858, những bức “ảnh hàng không” đầu tiên đã được thực hiện từ khinh khí cầu tại Paris, Pháp. Tuy nhiên, theo Colomina và Molina (2014) “thiết bị bay tự hành” chụp ảnh đầu tiên - “unmannted platform” được ghi nhận giới thiệu bởi Neubronner năm 1903 lại là một máy ảnh gắn lên ngực chim bồ câu. Sự phát triển gần đây của công nghệ bay không người lái – UAV đã mở toang cánh cửa cho các nghiên cứu công nghệ viễn thám, ứng dụng dụng trong quản lý, giám sát và quan trắc môi trường (Lucieer et al., 2014). Hàng loạt các thiết bị viễn thám có thể gắn lên hệ thống bay không người lái như máy ảnh đa phổ, siêu phổ, máy ảnh nhiệt, máy quét laser, radar. Từ đó, các nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám cũng trở nên đa dạng hơn.
Mới đây, Tarha cùng nhóm nghiên cứu của mình ở Malaysia đã tiến hành thử nghiệm thành lập mô hình số độ cao và ảnh số trực giao bằng ảnh máy bay không người lái loại cánh bằng (Tahar, 2012; Tahar et al., 2012). Ảnh chụp được đưa vào xử lý trong phần mềm trắc địa ảnh. Kết quả ban đầu cho thấy khá khả quan, với độ chính xác về vị trí tọa độ phẳng là dưới 2m và sai số về độ cao dưới 5m. Trong khi đó Ouedrago và cộng sự (Ouédraogo et al., 2014) bay chụp ảnh UAV với độ phân giải 1x1m, và đánh giá mô hình số độ cao thành lập từ ảnh cho một lưu vực sông nhỏ ở Bỉ. Sau khi xử lý trên các phần mềm chuyên dụng, DEM thu được có độ chính xác khá cao. Sai số trung phương dưới 14cm, tuy nhiên, có chỗ sai số tuyệt đối lên tới 52cm ở rìa khu vực nghiên cứu. Gần đây nhất, Uysal và đồng nghiệp (2015) tiến hành bay chụp UAV ở độ cao 60m cho một vùng đồi núi của Thổ Nhĩ Kỳ. DEM thành lập được được so sánh với hệ thống điểm khống chế mặt đất. Kết quả độ cao đạt được có độ chính xác đến 6,62cm. Cũng thời gian này, nhóm nghiên cứu ở Bồ Đào Nha (Gonỗalves and Henriques, 2015) đó tiến hành thành lập mụ hình số bề mặt cho một vùng ven bờ bằng ảnh UAV loại cánh bằng. DSM thu được có độ phân giải 10cm, sai số trung phương về độ cao trong khoảng từ 3,5 - 5cm.
Như vậy, với những nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng ảnh chụp từ UAV ở các vùng
địa lý khác nhau, các dạng địa hình từ đơn giản đến phức tạp, có thể nhận thấy DEM/DSM và ảnh trực giao đạt được ngày càng có độ chính xác cao, đáp ứng những yêu cầu về kỹ thuật trong ngành trắc địa ảnh.
Đến nay theo báo cáo của John Horgen (tháng 3 năm 2013) - Tạp chí Địa lý quốc tế đã có ít nhất 50 quốc gia trên thế giới sử dụng máy bay không người lái cho các mục đích khác nhau. Nổi bật nhất là Mỹ, Pháp, Nga, Canada, Nhật Bản, Đức...Đối với ngành lâm nghiệp ảnh UAV được sử dụng cho công tác thành lập bản đồ cháy rừng, bản đồ độ che phủ rừng hoặc theo dõi tăng trưởng của rừng...
Ở Canada đã sử dụng ảnh UAV để phát hiện, giám sát thiệt hại của cháy rừng khu vực Slave lake Alberta bị tàn phá năm 2011, dữ liệu chụp được cấp ở dạng trực giao và ảnh cận hồng ngoại phân biệt được rõ ràng, chi tiết giữa các cây sống và cây chết sau đám cháy.
Zang Yuan & cs, (2011) nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật viễn thám và ảnh máy bay không người lái trong công tác điều tra rừng khu vực tây nam Trung Quốc.
Ở Việt Nam hiện nay, việc chế tạo và ứng dụng thiết bị bay không người lái trong công nghệ viễn thám mới ở mức sơ khai, mang tính chất khai thác thử nghiệm.
Năm 2013, TS. Phạm Ngọc Lãng cùng tập thể tác giả đã chế tạo thành công tổ hợp máy bay không người lái đầu tiên ở Việt Nam. Kết quả bay và chụp ảnh thử nghiệm đã được nhóm nghiên cứu thực hiện ở Hà Nội, Nha Trang và Tây Nguyên (Phạm Ngọc Lãng, 2013). Năm 2014, nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ vũ trụ do TS. Phạm Việt Hòa làm chủ nhiệm (2015) đã ứng dụng tích hợp thiết bị bay không người lái với hệ đo phổ kế phản xạ để bay đo phổ phản xạ nhóm một số đối tượng rừng ngập mặn tại Cà Mau. Gần đây, các tác giả Võ Chí Mỹ (2014) và Vũ Văn Chất (2015) đã bước đầu nêu lên vai trò và khả năng ứng dụng ảnh máy bay không người lái trong công tác thành lập bản đồ 3D và giám sát tài nguyên môi trường.
Thành lập mô hình số độ cao là nhu cầu cần thiết để cung cấp các thông tin về độ cao dưới dạng số dễ sử dụng cho các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Các phương pháp xây dựng DEM từ phương pháp truyền thống tới các phương pháp công nghệ mới nhất được ứng dụng vào nước ta từ khá sớm. Tuy nhiên, một
phương pháp thành lập mô hình số độ cao từ ảnh máy bay không người lái là một phương pháp mới mà ở Việt Nam chưa thu hút được sự quan tâm thích đáng từ các nhà khoa học.
Đối với ảnh UAV chưa có 1 công trình nghiên cứu cụ thể nào sử dụng ảnh UAV cho việc đánh giá tài nguyên rừng ở Việt Nam.
Viện Khoa học Không gian (IAT) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đã thiết kế, chế tạo được các mẫu máy bay AV.UAV.S1, AV.UAV.S2, AV.UAV.S3, AV.UAV.S4, AV.UAV.MS1, các quá trình bay chụp được thử nghiệm tại huyện Lạc Dương tỉnh Lâm Đồng, huyện Giao Thủy tỉnh Nam Định, tỉnh Bắc Ninh và Khu vực vịnh Vân Phong tỉnh Khánh Hòa được Viện Khoa học Không gian (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) thử nghiệm. Các thiết bị này đã tạo ra ảnh chụp với độ chính xác rất cao (có độ phân giải đạt 10cm).
Cục Bản đồ (Bộ Tổng tham mưu) thiết kế UAV Microdrone MD4 - 1000 đã thử nghiệm và chụp tại Mỹ Đình, Thái Nguyên và Hòa Lạc trong thành lập bản đồ 3D độ chính xác cao đã thử nghiệm chụp ảnh bằng thiết bị bay này tại Mỹ Đình và Thái Nguyên. Kết quả đối chứng cho thấy, phương pháp này ưu việt hơn hẳn phương pháp đo ngoại nghiệp truyền thống đang được sử dụng. Cụ thể, thiết bị này đã tạo ra bản đồ 3D với độ chính xác rất cao (về mặt phẳng đạt 10cm và độ cao đạt 20cm), đồng thời tạo ra các sản phẩm bình độ trực ảnh với độ chi tiết, sắc nét cao có phân giải mặt đất 2,5 cm.
Phan Thị Anh Thư và cs Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu việc thu nhận ảnh máy bay không người lái phục vụ công tác thành lập bản đồ tại Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM i. So với phương pháp bay chụp có người lái
So sánh một số đặc điểm giữa phương pháp bay chụp có người lái và sử dụng máy bay không người lái UAV [1]
Bảng 1.1: So sánh một số đặc điểm của hai phương pháp bay Phương pháp bay có
người lái UAV
Lập kế hoạch bay Bán tự động Tự động hoặc bằng tay
Thu nhận ảnh Bán tự động Tự động hoặc bằng tay
Phạm vi bay chụp >1 Km2 m2 đến km2
Độ phân giải mặt đất dm cm
Độ cao bay 100m-10km2 10m -1km
Hướng thu nhận ảnh ảnh bằng hoặc ảnh nghiêng ảnh bằng hoặc ảnh nghiêng
Chi phí Từ 100 triệu Từ 10 triệu
Đối với những dự án thành lập bản đồ hành lang khu vực nhỏ hẹp như tuyến đường điện, đường sắt… rõ ràng thiết bị UAV có ưu điểm nổi trội hơn hẳn so với phương pháp bay chụp truyền thống về khả năng cơ động trong khu vực nhỏ, ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết, thu nhận dữ liệu nhanh, giá thành rẻ.
Chương 2