Trong nghiên cứu này, kỹ thuật khớp ảnh UAV và TLS được đề xuất, sử dụng các tiêu đo kết hợp với chế độ bay chụp cũng như chế độ quét thích hợp để thành lập mô hình 3D của đền Như Nguyệt (thờ Lý Thường Kiệt) ở xã Tam Giang, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh.
Trang 1THÀNH LẬP MÔ HÌNH 3D TỪ DỮ LIỆU ẢNH CHỤP UAV
VÀ ẢNH QUÉT TLS
Bùi Thị Kiên Trinh1, Nguyễn Mạnh Cường2
1 Trường Đại học Thuỷ lợi, email: bktrinh@tlu.edu.vn
2 Công ty TNHH MTV Tài nguyên và Môi trường Việt Nam (Vinanren)
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Máy bay không người lái UAV (Unnamed
Aerial Vehicle) đã được sử dụng khá phổ
biến trong chụp ảnh hàng không tầm thấp
phục vụ đa mục tiêu kỹ thuật, kinh tế xã hội
(Hà Quý Quỳnh và cộng sự, 2020; Bùi Ngọc
Quý & Phạm Văn Hiệp, 2017; Bùi Tiến Diệu
và cộng sự, 2016; Cao Tuấn Dũng và cộng
sự, 2016) Mô hình 3D được xây dựng từ ảnh
UAV có độ chi tiết và độ chính xác cao,
nhưng vẫn có thể khuyết thông tin một số
khu vực do bị che khuất hoặc do chênh cao
địa hình như (hình 1)
Hình 1 Nguyên lý chụp ảnh UAV và TLS
Thiết bị quét laser mặt đất TLS (Terrestrial
Laser Scanner) hiện mới được dùng trong một
số công tác chuyên môn như thành lập bản đồ
địa hình, khảo sát bề mặt và cấu kiện của các
công trình xây dựng (Đỗ Tiến Sỹ và cộng sự,
2019; Đặng Thanh Tùng, và cộng sự, 2012)
với độ chính xác cao hơn UAV do máy quét
đặt cố định trên mặt đất Tuy nhiên, phần mái
hoặc đỉnh của công trình lại bị che khuất không
thể ghi nhận được bằng TLS xem hình 1
Trong nghiên cứu này, kỹ thuật khớp ảnh UAV và TLS được đề xuất, sử dụng các tiêu
đo kết hợp với chế độ bay chụp cũng như chế
độ quét thích hợp để thành lập mô hình 3D của đền Như Nguyệt (thờ Lý Thường Kiệt) ở xã Tam Giang, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh Kết quả cho thấy mô hình kết hợp UAV-TLS khắc phục được nhược điểm của cả 2 mô hình thành lập riêng biệt từ UAV hoặc TLS, đồng thời độ chính xác của mô hình kết hợp được nâng cao so với dữ liệu 3D từ UAV ban đầu
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Quy trình công nghệ của phương pháp được trình bày tóm tắt trong hình 2
Hình 2 Quy trình công nghệ
Trong nghiên cứu này, thiết bị UAV sử dụng là Phantom 4 RTK của hãng DJI (DJI, 2018), máy quét TLS của hãng Leica mã hiệu RCT360 3D (HEXAGON, 2018)
Trang 2
Hình 3 Thiết bị UAV (trái) và TLS (phải)
Các điểm GCP 532-536 được bố trí ở các
góc và trung tâm khu vực bay quét (hình 4)
Để kiểm định độ chính xác của mô hình cần
bố trí 1 điểm kiểm tra K05 nằm trên cạnh
535-536 (không tham gia vào bước nắn ảnh
UAV và trích điểm TLS) Toạ độ của các
điểm này trong hệ toạ độ VN-2000 được xác
định theo phương pháp GPS RTK bằng máy
thu Trimble (hình 5)
Hình 4 Sơ đồ bố trí điểm khống chế
và kiểm tra
Hình 5 Kết quả đo lưới khống chế ảnh
Khi bay chụp UAV hoặc quét TLS, tiêu đo
sẽ được đặt chính xác tại các điểm GCP Kết
quả bay chụp UAV được xử lý qua phần
mềm Agisoft PhotoScan trong bộ Metashape
phiên bản 1.6.1 của Agisoft Phần mềm xử lý
kết quả quét TLS là Cyclone Field 360 của
hãng Leica (HEXAGON, 2018) Các kết quả
này sau đó được xuất ra dưới 2 khuôn dạng
đám mây điểm (point cloud) và mô hình 3D
Point cloud từ số liệu UAV được tích hợp
cùng point cloud từ số liệu TLS trong phần
mềm Leica Cyclone của hãng Leica để thu
được mô hình 3D kết hợp giữa UAV và TLS
3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Các hình 6-8 thể hiện các kết quả xử lý số liệu bay chụp UAV, quét TLS và sản phẩm tích hợp UAV-TLS của đền Như Nguyệt theo quy trình đã đề cập Độ chính xác của các loại
mô hình 3D thành lập từ UAV, TLS và kết hợp UAV-TLS được thống kê trong (hình 9) Kết quả kiểm định các mô hình 3D thông qua so sánh toạ độ điểm K05 thể hiện trong bảng 1
Hình 6 Kết quả xử lý dữ liệu UAV
của phần mềm Agisoft
Hình 7 Kết quả xử lý dữ liệu TLS
của phần mềm Cyclone
Trang 3Hình 8 Mô hình 3D kết hợp UAV-TLS
Hình 9 Kết quả thành lập các mô hình 3D
Bảng 1 Toạ độ và sai số trên các mô hình
Có thể thấy mô hình kết hợp dữ liệu UAV
và TLS có độ chính xác rất cao, sai số giữa các trạm quét bằng 0 và sai số khi kiểm tra với điểm K05 đáp ứng được việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 500 (Bộ TN&MT, 2015)
4 KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu cho thấy sự vượt trội của mô hình kết hợp so với mô hình 3D từ UAV về độ chính xác, so với mô hình 3D từ TLS về lượng điểm ảnh nhìn thấy và khả năng hiển thị màu tự nhiên trung thực Như vậy, có thể khẳng định tiềm năng ứng dụng
to lớn của quy trình đề xuất trong xây dựng
dữ liệu 3D ở các đô thị lớn có mật độ công trình xây dựng cao, hoặc khu vực bị che khuất nhiều
Tuy nhiên, lượng dữ liệu của mỗi loại thiết
bị nêu trên đều rất lớn, đặc biệt với khu vực rộng, có nhiều địa vật khiến việc xử lý gặp khó khăn, tiêu tốn nhiều thời gian, đòi hỏi máy tính phải có cấu hình mạnh Do vậy, các tác giả khuyến cáo nên lọc bớt các dữ liệu không cần thiết để tăng hiệu quả và đảm bảo được độ chính xác của kết quả cuối cùng
5 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Ngọc Quý, & Phạm Văn Hiệp 2017 Nghiên cứu xây dựng mô hình 3D từ dữ liệu ảnh máy bay không người lái (UAV)
chi phí thấp Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ
- Địa chất, 58, 201-211
[2] Đặng Thanh Tùng và cộng sự 2012 Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập bản đồ 3D (Thử nghiệm tại khu vực thành phố Bắc
Giang) Thông tin đào tạo Khoa học - Công
nghệ Tài nguyên và Môi trường, 11-17
[3] Bộ Tài nguyên và Môi trường 2015 Thông
tư 68/2015/TT-BTNMT: Quy định kỹ thuật
đo đạc trực tiếp địa hình phục vụ thành lập bản đồ địa hình và cơ sở dữ liệu nền địa lý
tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000
https://www.dji.com/phantom-4-rtk [5] Hexagon 2018
https://leica-geosystems.com/products/laser-scanners/
