Có thể nói thành lập bình đồ ảnh vệ tinh là quá trình xử lý, hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh ở cấp độ cao nhất, nhằm hiệu chỉnh hoặc khử ảnh hưởng của các nguồn sai số đối với dữ liệu ảnh và hiệu chỉnh ảnh hưởng của chênh cao địa hình để nhận được một tấm ảnh kết quả đảm bảo độ chính xác về mặt phẳng theo yêu cầu kỹ thuật tương ứng với một tỷ lệ bản đồ đã xác định.
Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh hiện nay được thực hiện bằng phương pháp số. Quy trình này gồm các bước:
- Nhập ảnh số, và các thông tin bổ trợ
- Nắn ảnh, ghép ảnh và cắt mảnh bình đồ ảnh - Xử lý phổ và trình bày khung bình đồ ảnh - Xuất in bình đồ ảnh
Bình đồ ảnh vệ tinh hiện được sản xuất và sử dụng trong quy trình hiện chỉnh bản đồ địa hình phục vụ cho việc điều vẽ các yếu tố địa vật. Để sản xuất được các bản đồ ảnh vệ tinh đạt độ chính xác, người ta ứng dụng nguyên lý nắn chỉnh hình học và dựa trên cơ sở các mô hình toán học để nắn chỉnh ảnh vệ tinh, sử dụng mô hình toán học thích hợp tùy theo yêu cầu cụ thể để nắn chính hình học ảnh.
Khi ảnh hưởng của chênh cao địa hình gây ra sai số dịch vị điểm ảnh không lớn hơn 0.3mm ở tỷ lệ bình đồ ảnh thành lập thì có thể áp dụng nắn ảnh theo độ cao trung bình khu vực. Khi giá trị dịch vị điểm ảnh lớn hơn 0.3mm ở tỷ lệ bản đồ cần thành lập thì phải áp dụng phương pháp nắn ảnh có sử dụng mô hình số độ cao (DEM).
Trong quá trình nắn ảnh số, giá trị độ xám của điểm ảnh được lấy mẫu lại và tính theo thuật toán nội suy bậc ba.
Sản phẩm bình đồ ảnh số được tạo ra từ ảnh nắn phải đạt độ chính xác hình học so với bản đồ cùng tỷ lệ.
Trường hợp mảnh bình đồ ảnh không nằm trọn trên một cảnh ảnh vệ tinh mà để phủ kín nó phải dùng một số cảnh ảnh vệ tinh thì phải tiến hành ghép các cảnh ảnh vệ tinh này. Vết ghép không được đi qua các điểm khống chế, vết ghép phải đi qua các điểm địa vật có sai số tiếp khớp nhỏ nhất, không được cắt theo địa vật hình tuyến. Thông thường góc kẹp giữa vết ghép và địa vật hình tuyến ở trong khoảng từ 30 – 1500.
Theo quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh có thể thấy các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả nắn ảnh vệ tinh đó là: độ phân giải của ảnh vệ tinh; phương pháp nắn, các mô hình toán học sử dụng để thực hiện phép nắn; số lượng điểm khống chế ngoại nghiệp và đồ hình bố trí chúng, độ chính xác đo đạc điểm khống chế ảnh; mô hình số độ cao sử dụng nắn ảnh và mô hình hình học dùng nắn ảnh.
CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH TRONG HIỆN CHỈNH BẢN ĐỒ 2.1 Bản đồ và sự cũ đi của nó
Bản đồ là sự thể hiện thu nhỏ của một phần hay toàn bộ bề mặt trái đất lên mặt phẳng theo một quy luật toán học xác định. Các yếu tố nội dung địa lý được thể hiện theo một hệ thống ký hiệu quy ước và đã được thông qua quá trình tổng quát hoá bản đồ.
Trải qua quá trình phát triển và đô thị hoá trong công cuộc đổi mới hiện nay của đất nước ta cùng với sự thay đổi của thời gian, nhiều thay đổi mới trên mặt đất xuất hiện như các khu công nghiệp, các nhà máy, các xí nghiệp ra đời kéo theo mạng lưới giao thông có nhiều thay đổi. Song song với nó có các yếu tố như: hệ thống dân cư, hệ thống thủy văn, hệ thống giao thông, lớp phủ thực vật, dáng địa hình và các địa vật cũng thay đổi.
Chúng ta có thể dễ dàng nhận ra những nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi đó như: việc quy hoạch đô thị, việc đô thị hoá nông thôn, mở các tuyến đường, xây dựng các công trình lớn, nhà máy thuỷ điện, các khu công nghiệp, rồi việc dãn dân đi xây dựng vùng kinh tế mới đã làm thay đổi hệ thống dân cư, những thay đổi đó làm cho bản đồ có thể là tổng thể, có thể là cục bộ không còn phù hợp với trạng thái bề mặt nữa.
Cùng với sự thay đổi do chủ quan của con người thì ở những vùng chịu sự tác động của thiên nhiên cũng thay đổi. Các vùng tác động khác nhau làm cho bề mặt địa hình thay đổi khác nhau.
Ví dụ: có những vùng tác động do sụt lở, nhưng lại có những vùng thay đổi do sự bồi đắp…
Đối với những vùng trọng điểm kinh tế, văn hoá, xã hội thì sự thay đổi diễn ra rất nhanh chóng, có thể thay đổi lớn về các điểm dân cư, địa danh, các cơ sở kinh
tế lớn như nhà máy, xí nghiệp, hầm mỏ, các tuyến đường sắt, đường ô tô, lòng sông, hồ, hệ thống kênh mương, hệ thống đường dây tải điện và các công trình thuỷ lợi, các vùng rừng, đất canh tác, đất trồng cây lâu năm.
Tất cả các nguyên nhân trên làm cho bản đồ bị ”già cỗi” và không còn phản ánh đúng hiện trạng nữa. Quá trình ”già cỗi” xảy ra không đồng đều giữa các khu vực và không đều đặn qua nhiều thời điểm khác nhau , ở đâu có sự tác động lớn của con người thì ở đó tốc độ ”già cỗi” của bản đồ sẽ lớn , ngược lại những vùng hoang vắng thì ít có biến đổi hơn dẫn đến sự tương thích giữa bản đồ và thực địa không còn nữa. Bản đồ lúc này không còn đáp ứng những nhu cầu trong thực tế.
2.2. Mục đích, yêu cầu làm hiện chỉnh
Mục đích
Hiện chỉnh cho nội dung của tờ bản đồ phải phù hợp với hiện trạng ngoài thực địa và theo đúng các yêu cầu kỹ thuật của quy phạm hiện hành.
Yêu cầu
- Kể từ sau khi bản đồ được thành lập, hoặc hiện chỉnh lần cuối tuỳ thuộc vào mức độ thay đổi địa hình, cũng như tầm quan trọng của vùng về mặt kinh tế, quốc phòng, bản đồ địa hình phải được hiện chỉnh theo các chu kỳ 6 12 năm với các bản đồ tỷ lệ 1:10 000, sau 8 12 năm với bản đồ tỷ lệ 1:25 000. Bên cạnh việc hiện chỉnh theo định kỳ chúng ta cần hiện chỉnh liên tục bản đồ các khu vực kinh tế quan trọng và có độ biến đổi lớn.
- Bản đồ phải được hiện chỉnh khi nội dung không còn phù hợp với thực địa ở mức độ đáng kể (>20%) và những biến đổi đó gây khó khăn trong việc sử dụng bản đồ để giải quyết các nhiệm vụ kinh tế, khoa học kỹ thuật. Ví dụ như: địa giới hành chính có sự thay đổi, mới xuất hiện hoặc có thay đổi lớn về:
+ Khu vực dân cư + Hệ thống giao thông
+ Hệ thống thuỷ văn
+ Khu vực đất canh tác, đất trồng cây lâu năm.
- Trường hợp có nhiều thay đổi trong hệ thống dân cư, điểm dân cư, đường xá, thực phủ sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng định hướng ngoài thực địa.
- Nếu chỉ có một trong số các đối tượng trên biến đổi thì không bắt buộc phải hiện chỉnh lại toàn bộ.
- Trong trường hợp những bản đồ có biến đổi nhưng chưa cần phải hiện chỉnh, khi độ biến đổi chưa đáng kể (<20%) và những biến đổi không có ý nghĩa quan trọng như:
+ Khu vực trọng điểm dân cư xuất hiện một ngôi nhà mới nhưng đồ hình điểm dân cư không thay đổi.
+ Có thay đổi nhỏ về ranh giới giữa đất rừng và đất canh tác. Thay đổi nhỏ về lòng sông, đường bờ các hồ chứa nước.
- Bản đồ không thể hiện chỉnh được mà phải thành lập mới trong trường hợp:
+ Cơ sở khống chế mặt phẳng và độ cao bản đồ không thể đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác hoặc có sự thay đổi về hệ thống toạ độ và độ cao.
+ Khi bản đồ có sự biến đổi lớn (>40%) về nội dung, lúc này công tác hiện chỉnh sẽ không có lợi về mặt kinh tế và sẽ gặp khó khăn trong quá trình thực hiện, thì phải đo vẽ mới mà không tiến hành hiện chỉnh.
- Ranh giới khu hiện chỉnh phải xác định sao cho trong thời gian ngắn nhất có thể hiện chỉnh bản đồ cả dãy tỷ lệ.
- Bản đồ hiện chỉnh phải đáp ứng được các nhu cầu về độ chính xác, nội dung và hình thức trình bày. Quá trình hiện chỉnh phải tuân theo quy phạm thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ tương ứng và ký hiệu hiện hành.
- Thiết kế phương án kinh tế kỹ thuật khu hiện chỉnh, đề xuất phân công nội, ngoại nghiệp và chỉ dẫn biên tập cho từng khối. Xét duyệt những biên bản tiến hành theo quy định hiện hành.
- Bản đồ đã được hiện chỉnh phải xuất bản không quá chậm 1 2 năm kể từ khi hoàn thành công việc chỉnh sửa.
2.3 Các phƣơng pháp hiện chỉnh bản đồ địa hình
Trong quá trình hiện chỉnh bản đồ có thể sử dụng một trong các phương pháp sau:
- Hiện chỉnh bản đồ theo ảnh hàng không, ảnh vệ tinh. - Hiện chỉnh bản đồ từ tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn hơn. - Hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa.
Mỗi phương pháp nêu trên đều có ý nghĩa về kinh tế kỹ thuật độc lập. Song để đạt được hiệu quả cao trong phạm vi một khu vực hiện chỉnh hoặc trên cùng một mảnh bản đồ cho phép ta áp dụng kết hợp các phương pháp trên.
Trường hợp cùng một lúc ta tiến hành hiện chỉnh cả dãy tỷ lệ thì bản đồ có tỷ lệ lớn hơn cả sẽ được trực tiếp hiện chỉnh, những bản đồ tỷ lệ nhỏ tiếp theo sẽ được hiện chỉnh bằng phương pháp biên vẽ hoặc chỉnh sửa theo bản đồ mới hiện chỉnh.
2.3.1 Hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không
Quá trình được thực hiện bằng cách chỉnh sửa bản gốc, hiện chỉnh ở nội nghiệp theo ảnh, sau đó đối soát, bổ sung và kiểm tra ở ngoại nghiệp.
Phương pháp này nó phụ thuộc vào đặc điểm của khu vực hiện chỉnh và từ khâu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả về kinh tế khi cần thiết cho phép khảo sát thực địa trước khi điều chỉnh về nội nghiệp. Trường hợp đặc biệt có thể bỏ qua khâu khảo sát ngoại nghiệp.
Quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh hàng không được thực hiện theo các bước sau:
1- Công tác chuẩn bị
- Lập phương án kinh tế
- Các thiết kế và chỉ dẫn biên tập
2- Chụp ảnh hàng không (Khi cần thiết)
3- Công tác nội nghiệp
- Xác định cơ sở khống chế - Xử lý ảnh hàng không - Lập bản gốc chỉnh sửa - Đo vẽ và điều vẽ nội nghiệp - Chỉnh sửa bản gốc ở nội nghiệp
4- Đối soát, bổ sung ngoại nghiệp 5- Kiểm tra nghiệm thu
Trong đó quá trình sửa bản gốc theo ảnh hàng không ở nội nghiệp cho phép tiến hành theo:
- Ảnh đơn đã nắn hoặc đã phóng to về tỷ lệ của bản đồ cần hiện chỉnh. - Bình đồ ảnh (lập theo ảnh hàng không mới chụp).
- Các loại bản sao bản đồ như: Bản sao nét trên đế trong; trên đế bồi; trên giấy cứng; trên giấy ảnh và bản gốc chế in.
Chúng ta phải căn cứ vào đặc điểm vùng hiện chỉnh, chất lượng bản đồ cần hiện chỉnh, số lượng, những phần tử biến đổi ngoài thực địa, yêu cầu cần chuyển hệ toạ độ, nội dung và ký hiệu, tình hình đảm bảo tư liệu dùng để hiện chỉnh cũng như khả năng của đơn vị để chọn công nghệ hiện chỉnh là loại tài liệu gốc chỉnh sửa cho phù hợp.
- Hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn. - Thực hiện trong khu vực rộng lớn.
Tuy nhiên phương pháp này không phải áp dụng cho việc cần hiện chỉnh loại bản đồ tỷ lệ nào cũng được.
2.3.2 Hiện chỉnh từ tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn hơn
Đối với phương pháp này được áp dụng khi có bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn mới được thành lập hoặc mới được hiện chỉnh. Trong trường hợp này công tác hiện chỉnh tiến hành theo quy tắc biên vẽ bản đồ địa hình các tỷ lệ tương ứng. Điểm khác ở đây là đánh giá mức độ biến đổi của các phần tử nội dung trên bản đồ cần hiện chỉnh.
Cũng giống như khi hiện chỉnh theo ảnh hàng không, căn cứ vào sự biến đổi và yêu cầu chuyển đổi ký hiệu, hình thức trình bày, được phép dùng bản sao lam, nâu, đen, bản sao gộp hai màu trên đế trong hay đế cứng hoặc bản gốc chế in làm bản gốc chính sửa.
2.3.3 Hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa
Phương pháp này được tiến hành bằng cách đo bàn đạc, toàn đạc hay một số cách khác. Quá trình thực hiện phải khảo sát toàn bộ khu hiện chỉnh và chỉnh sửa tại thực địa đối với những biến đổi về địa hình và địa vật. Việc chỉnh sửa cũng như đo vẽ các đối tượng mới xuất hiện được tiến hành từ các điểm trắc địa, các điểm đường chuyền cũng như các điểm trạm đo. Lưới đường chuyền được xây dựng trên cơ sở các điểm khống chế mặt phẳng độ cao và các địa vật định hướng rõ rệt còn tồn tại cả trên bản đồ và ngoài thực địa. Ở những vùng không phải hiện chỉnh thì chỉ cần lập lưới khống chế mặt phẳng. Những vùng không đo vẽ thì không cần lập đường chuyền.
Phương pháp này chỉ áp dụng cho những vùng không có ảnh hưởng hoặc không có tư liệu bản đồ cần thiết khác. Vì khi thực hiện phương pháp này không mang lại hiệu quả kinh tế, thời gian làm lâu hơn.
2.3.4 Hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh vệ tinh
2.3.4.1 Một số vệ tinh
- Vệ tinh Landsat. Được phóng nên quỹ đạo lần đầu vào năm 1972, cho đến nay đã có 5 thế hệ vệ tinh được phóng. Mỗi vệ tinh được trang bị một máy quét đa phổ MSS, một bộ chụp ảnh vô tuyến truyền hình RBP. Hệ thống Landsat-4,5 còn được trang bị thêm một số bộ máy quét TM.
- Vệ tinh SPOT: Được Pháp phóng năm 1986. Cho đến nay có 3 hệ thống vệ tinh được phóng lên quỹ đạo mỗi vệ tinh được trang bị một máy quét đa phổ HRV. - Vệ tinh COSMOS: Đây là tư liệu viễn thám được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở nước ta. Ảnh vệ tinh của Liên Xô có 2 loại.
+ Ảnh có độ phân giải cao.
+ Ảnh có độ phân giải trung bình.
2.3.4.2 Các chuẩn giải đoán ảnh vệ tinh
- Chuẩn kích thước: Chọn tỷ lệ ảnh phù hợp để đoán đọc điều vẽ. Kích thước của đối tượng có thể xác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với mẫu số tỷ lệ ảnh.
- Chuẩn hình dáng: Hình dáng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên cao xuống và được coi là chuẩn đoán đọc điều vẽ quan trọng.
- Chuẩn bóng: Chúng ta dễ dàng nhận thấy khi nguồn sáng không nằm chính xác ở đỉnh đầu, hoặc trường hợp chụp ảnh xiên. Dựa vào bóng của vật thể, có thể xác định được chiều cao của nó.
- Chuẩn độ đen: Độ đen trên ảnh đen trắng biến thiên từ trắng đến đen. Mỗi vật thể được thể hiện bằng cấp độ sáng nhất định tỷ lệ với cường độ phản xạ ánh sáng của nó.
- Chuẩn màu sắc: Đây là một chuẩn rất tốt trong việc xác định các đối tượng. Ví dụ các kiểu loài thực vật có thể được phát hiện dễ dàng cả cho những người không có nhiều kinh nghiệm trong đoán đọc điều vẽ ảnh, khi sử dụng hồng ngoại
màu. Các đối tượng khác nhau sẽ cho các tông màu khác nhau đặc biệt sử dụng ảnh