Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác thành lập mô hình số bề mặt bằng dữ liệu bay chụp từ máy bay không người lái (UAV)

NGUYỄN THỊ ÁNH KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC THÀNH LẬP MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT BẰNG DỮ LIỆU BAY CHỤP TỪ MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI UAV LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 20

NGUYỄN THỊ ÁNH

KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC THÀNH LẬP MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT BẰNG DỮ LIỆU BAY CHỤP

TỪ MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THỊ ÁNH

KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC THÀNH LẬP MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT BẰNG DỮ LIỆU BAY CHỤP TỪ

MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV)

Ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi Các

số liệu, ví dụ và trích dẫn trong luận văn đảm bảo độ tin cậy, chính xác và trung thực Những kết luận khoa học của luận văn chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào từ trước đến nay

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2018

Học viên

Nguyễn Thị Ánh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu đề tài 2

3 Nhiệm vụ của đề tài 2

4 Phạm vi thực hiện của đề tài 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

7 Cấu trúc luận văn 3

8 Lời cảm ơn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ UAV 5

1.1 Tổng quan về máy bay không người lái 5

1.1.1 Khái niệm về UAV 5

1.1.2 Phân loại UAV 5

1.1.3 Cấu tạo bộ thiết bị máy bay không người lái (UAV) 7

1.1.3.1 Hệ thống máy bay 7

1.1.3.2 Máy ảnh kỹ thuật số 7

1.1.3.3 Trạm điều khiển mặt đất 9

1.1.3.4 Trạm xử lý ảnh UAV tạo mô hình số mặt đất 9

1.1.4 Ứng dụng của thiết bị bay không người lái (UAV) 10

1.1.5 Tình hình sử dụng ảnh máy bay không người lái ở Việt Nam 11

1.2 Khái niệm chụp ảnh và đo vẽ ảnh 12

1.2.1 Định nghĩa đo vẽ ảnh 12

1.2.2 Phân loại đo vẽ ảnh 12

1.3 Chụp ảnh hàng không 13

1.3.1 Khái niệm chụp ảnh hàng không 13

1.3.2 Các dạng chụp ảnh hàng không 14

1.3.2.1 Chụp ảnh đơn 14

1.3.2.2 Chụp ảnh theo tuyến 14

1.3.2.3 Chụp ảnh theo khối 14

1.3.2.4 Chụp theo các loại tỷ lệ 15

1.4 Mô hình số bề mặt 16

1.4.1 Khái niệm 16

1.4.2 Các phương pháp thành lập DSM 16

1.4.3 Ứng dụng của DSM 17

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC THÀNH LẬP MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT BẰNG DỮ LIỆU BAY CHỤP TỪ MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV) 19

2.1 Một số yêu cầu kỹ thuật của công tác chụp ảnh bằng máy bay không người lái (UAV) 19

2.1.1 Thiết bị bay 19

2.1.2 Trạm điều khiển mặt đất 20

2.1.3 Môi trường bay 21

2.2 Quy trình công nghệ thành lập mô hình số bề mặt 23

2.2.1 Công tác chuẩn bị và thiết kế bay chụp 23

2.2.1.1 Thiết kế độ cao bay chụp cho UAV 24

2.2.1.2 Tính tổng số đường bay của UAV 25

2.2.1.3 Tốc độ chụp ảnh 25

2.2.1.4 Thiết kế tuyến bay phục vụ thành lập mô hình số bề mặt và bản đồ trực ảnh 26

2.2.2 Bố trí điểm và đo khống chế ảnh 27

2.2.3 Bay chụp ảnh UAV 27

2.2.3.1 Thiết bị thực nghiệm 27

2.2.3.2 Công tác chuẩn bị bay chụp 28

2.2.4 Xử lý dữ liệu ảnh chụp 29

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác thành lập DSM bằng tư liệu chụp từ máy bay không người lái UAV 31

2.3.1 Ảnh hưởng của độ cao bay chụp 32

2.3.2 Ảnh hưởng của tham số máy chụp ảnh 33

2.3.3 Ảnh hưởng của độ phủ ảnh chụp 33

2.3.4 Ảnh hưởng của phần mềm và thuật toán ứng dụng 33

2.3.5 Ảnh hưởng của mật độ và sự phân bố điểm khống chế 34

2.3.6 Ảnh hưởng của đặc điểm địa hình khu đo 36

2.4 Các nguồn sai số của ảnh UAV 36

2.4.1 Sai số ảnh 36

2.4.2 Sai số méo hình kính vật 37

2.4.3 Sai số độ cong Trái Đất 38

2.4.4 Sai số chiết quang khí quyển 40

2.4.5 Sai số chênh cao địa hình 41

2.4.6 Sai số trong đo ảnh 41

2.4.6.1 Sai số máy móc 41

2.4.6.2 Sai số số liệu gốc 42

2.4.7 Sai số của phương pháp 45

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác THÀNH LẬP DSM BẰNG Dữ Liệu bay chụp từ MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI 47

3.1 Khái quát khu vực thực nghiệm 47

3.2 Ảnh hưởng của độ cao bay chụp 51

3.3 Ảnh hưởng của thông số máy chụp ảnh 53

3.4 Ảnh hưởng của độ phủ ảnh chụp 55

3.5 Ảnh hưởng của phần mềm và thuật toán ứng dụng 57

3.6 Ảnh hưởng của mật độ và sự phân bố điểm khống chế 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 69

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao

4 GCP Ground Control Point Điểm khống chế mặt đất

5 GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

6 GSD Ground Sample Distance Độ phân giải mặt đất

7 IMU Inertial Measurement Unit Đơn vị đo quán tính

8 INS Inertial Navigation System Hệ thống dẫn đường quán

chiều

11 SSTP Sai số trung phương Sai số trung phương

12 UAV Unmanned Aerial Vehicle Máy bay không người lái

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: Các loại UAV 6

Hình 1 2: Hệ thống máy bay không người lái UAV 7

Hình 1 3: Máy ảnh Sony Exmor 8

Hình 1 4: Trạm điều khiển mặt đất 9

Hình 1 5: Trạm xử lý ảnh 10

Hình 1 6: Mô hình khuôn mẫu tượng 17

Hình 1 7: Mô hình nhà 17

Hình 1 8: Mô hình bề mặt mặt đất 18

Hình 2 1: Sơ đồ quy trình thành lập mô hình số bề mặt 23

Hình 2 2: Bố trí hướng máy ảnh trên UAV (a) Máy ảnh đặt vuông góc với hướng bay; (b) Máy ảnh đặt song song với hướng bay 26

Hình 2 3: Kiểm tra tham số hiệu chuẩn máy ảnh 29

Hình 2 4: Thiết lập các thông số cho các quá trình 30

Hình 2 5: Thực hiện quá trình khớp ảnh (Initial Processing) 30

Hình 2 6: Làm điểm khống chế ảnh mặt đất 35

Hình 2 7: Mô phỏng sự biến dạng ảnh 37

Hình 2 8: Ảnh hưởng độ cong Trái Đất đến vị trí điểm 39

Hình 3 1: Sơ đồ bố trí điểm khống chế mặt đất khu vực công viên Hòa Bình 48

Hình 3 2: Đo RTK các điểm khống chế 48

Hình 3 3: Hệ thống máy bay không người lái Phantom 3 Pro và Phantom 4 Pro 49

Hình 3 4: Đồ hình bay được thiết kế bằng phần mềm Map pilot 50

Hình 3 5: Ảnh chụp khu công viên Hòa Bình 51

Hình 3 6: Mô hình số độ cao khu vực công viên hòa bình được thành lập từ dữ liệu chụp bởi Phantom 4 Pro độ phủ 70% ở độ cao 120m 61

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1: So sánh giữa hai loại UAV 6 Bảng 1 2: Mối quan hệ giữa tỷ lệ ảnh chụp và tỷ lệ bản đồ cần thành lập với tiêu cự kính vật máy chụp ảnh 16 Bảng 3 1: Một số đặc tính cơ bản của Phantom 4 Pro và Phantom 3 Pro 49 Bảng 3 2: Bảng tọa độ điểm khống chế kiểm tra đƣợc đo bằng RTK và đƣợc tính từ

mô hình số bề mặt đƣợc xây dựng từ dữ liệu chụp bởi máy Phantom 3 Pro ở độ cao 80m và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 52 Bảng 3 3: Bảng tọa độ điểm khống chế kiểm tra đƣợc đo bằng RTK và đƣợc tính từ

mô hình số bề mặt đƣợc xây dựng từ dữ liệu chụp bởi máy Phantom 3 Pro ở độ cao 120m và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 53 Bảng 3 4: Bảng tọa độ điểm khống chế kiểm tra đƣợc đo bằng RTK và đƣợc tính từ

mô hình số bề mặt đƣợc xây dựng từ dữ liệu chụp bởi máy Phantom 3 Pro, f=3,61

mm và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 54 Bảng 3 5: Bảng tọa độ điểm khống chế kiểm tra đƣợc đo bằng RTK và đƣợc tính từ

mô hình số bề mặt đƣợc xây dựng từ dữ liệu chụp bởi máy Phantom 4 Pro f=8,80

mm và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 55 Bảng 3 6: Bảng tọa độ điểm khống chế kiểm tra đƣợc đo bằng RTK và đƣợc tính từ

mô hình số bề mặt đƣợc xây dựng từ dữ liệu chụp bởi máy Phantom 4 Pro với độ phủ 70% và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 56 Bảng 3 7: Bảng tọa độ điểm khống chế kiểm tra đƣợc đo bằng RTK và đƣợc tính từ

mô hình số bề mặt đƣợc xây dựng từ dữ liệu chụp bởi máy Phantom 4 Pro với độ phủ 90% và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 57 Bảng 3 8: Bảng tọa độ điểm khống chế kiểm tra đƣợc đo bằng RTK và đƣợc lấy từ ảnh trực giao và tính từ mô hình số bề mặt đƣợc xử lý bằng phần mềm Pix4Dmapper Pro Version 4.2.26 và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 58 Bảng 3 9: Bảng tọa độ điểm khống chế kiểm tra đƣợc đo bằng RTK và đƣợc lấy từ ảnh trực giao và tính từ mô hình số bề mặt đƣợc xử lý bằng phần mềm AgisoftPhotoScan Pro Version 1.4.1 và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 59 Bảng 3 10: Bảng cao độ đo bằng máy toàn đạc điện tử và đƣợc lấy từ ảnh và độ lệch giữa các trục tọa độ giữa chúng 60

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay các công nghệ sử dụng máy toàn đạc điện tử và định vị vệ tinh (GNSS) đang được sử dụng rộng rãi trong thu thập dữ liệu mặt đất phục vụ cho công tác địa chính, trắc địa địa hình, xây dựng, dân dụng và thiết kế kiến trúc có độ chính xác cao dưới 5cm Nhưng nhược điểm chính của hai công nghệ này là giá thành cao, tiêu tốn thời gian tương đối lớn và có thể khó thực hiện đối với khu vực

đo vẽ có địa hình phức tạp hoặc khi điều kiện môi trường khu đo gây nguy hiểm cho sức khỏe

Cùng với sự phát triển của công nghệ định vị vệ tinh, công nghệ máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicles - UAV), các thuật toán tự động xử lý ảnh, khôi phục mô hình ba chiều (Structure-from-Motion, SfM), giá thành trang thiết bị cho công nghệ đo vẽ sử dụng UAV đã giảm xuống rất mạnh Công nghệ này đang được ứng dụng thành công và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công tác đo đạc thành lập bản đồ, giao thông, sản xuất nông nghiệp, nghiên cứu địa chất, nghiên cứu môi trường Ngoài việc giá thành tương đối thấp, công nghệ UAV với các máy ảnh phổ thông dễ dàng thu nhận các ảnh số với độ phân giải rất cao (mm, cm), trong điều kiện địa hình phức tạp, môi trường nguy hiểm Hơn nữa, các phần mềm mã nguồn mở và phần mềm thương mại đều tích hợp các thuật toán SfM, cho phép gần như hoàn toàn tự động xử lý ảnh, xây dựng các sản phẩm bản đồ (mô hình số độ cao, mô hình số bề mặt, bản đồ trực ảnh, bản đồ 3D,video…) Người sử dụng công nghệ này không nhất thiết phải có kiến thức quá sâu về công nghệ đo ảnh truyền thống Chính vì thế mà công nghệ UAV đang được ứng dụng rộng rãi vào các lĩnh vực khác nhau Điểm cần bổ sung hiện nay của công nghệ này là quy trình tính toán, công nghệ thiết bị bay chụp UAV sao cho đạt được độ chính xác mong muốn của các sản phẩm bản đồ [1] Chính vì vậy, luận văn Thạc sỹ với đề tài: “Khảo sát

một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác thành lập mô hình số bề mặt bằng dữ liệu bay chụp từ máy bay không người lái (UAV)” là cần thiết, có ý nghĩa khoa

học và thực tiễn

2 Mục tiêu đề tài

Thực hiện khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác thành lập mô hình số bề mặt bằng tư liệu chụp từ máy bay không người lái

3 Nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứu, phân tích, đánh giá các công trình, tài liệu trong và ngoài nước

về UAV

- Nghiên cứu quy trình chụp ảnh bằng thiết bị máy bay không người lái

- Sử dụng tư liệu chụp từ máy bay không người lái để thành lập mô hình số

bề mặt

- Phân tích kết quả thực nghiệm: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác, đưa ra phương án tốt nhất để thành lập mô hình số bề mặt với độ chính xác cao nhất

4 Phạm vi thực hiện của đề tài

Khu vực công viên Hòa Bình, thành phố Hà Nội

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: sử dụng các tài liệu lý thuyết về UAV,

DSM, đo ảnh Tìm kiếm tài liệu và cập nhật các thông tin trên mạng internet

- Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương tiện và các công cụ tiện ích,

phân tích logic các tư liệu, đánh giá khách quan các yếu tố để đưa ra kết luận chính xác làm cơ sở giải quyết các vấn đề đặt ra

- Phương pháp thực nghiệm: thành lập DSM bằng ảnh máy bay không người

lái, khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác thành lập mô hình số bề mặt bằng công nghệ máy bay không người lái

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Luận văn đã phân tích và khẳng định tính đúng đắn của việc

khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác thành lập DSM bằng dữ liệu bay chụp từ máy bay không người lái (UAV) Xác lập tính khoa học trong hướng nghiên cứu, đề xuất trong luận văn, mở ra hướng tiếp cận mới trong việc xử lý và ứng dụng kết quả xử lý dữ liệu ảnh UAV

Ý nghĩa thực tiễn: Bằng cách thử nghiệm các dữ liệu thực tế để khẳng định

nghiên cứu, những phân tích trong luận văn hoàn toàn có thể ứng dụng trong thực tiễn, góp phần giảm thời gian và công sức trong công tác xử lý dữ liệu ảnh của UAV, đưa ra các sản phẩm có tính ứng dụng tốt nhất phục vụ cho các lĩnh vực khác nhau trong đời sống

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về UAV

Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác thành lập mô hình số bề mặt bằng dữ liệu bay chụp từ máy bay không người lái (UAV)

Chương 3: Thực nghiệm khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác thành

lập DSM bằng dữ liệu bay chụp từ máy bay không người lái (UAV)

8 Lời cảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Hà Thái, người đã tận tình chỉ bảo, động viên, hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới anh Phạm Văn Tuấn, Tổng công ty

tư vấn thiết kế GTVT (TEDI); các thầy cô Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Đo ảnh và viễn thám, cùng gia đình, bạn bè đã

hỗ trợ, động viên tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong thời gian học tập và hoàn thiện luận văn

Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình Em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo cùng các bạn để em có thể hoàn thiện kiến thức và luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ UAV 1.1 Tổng quan về máy bay không người lái

1.1.1 Khái niệm về UAV

UAV là viết tắt của “Unmanned Aerial Vehicle”, nó có nghĩa là “phương tiện

hàng không không người lái” hay thường gọi là “máy bay không người lái” Người

ta có thể điều khiển chúng thông qua sóng radio (đối với các loại UAV tầm gần) hoặc thông qua các vệ tinh trung gian (đối với các loại UAV tầm xa)

Hiện nay, loại trực thăng mô hình 8 cánh quạt (UAV) có giá thành thấp và có thể bay cân bằng ở độ cao từ 10m đến 300m, dễ dàng thay đổi hướng bay theo yêu cầu thông qua tín hiệu radio của người điều khiển từ mặt đất Nếu trực thăng mô hình được tích hợp với định vị toàn cầu GPS/INS ( Global Positioning Systerm / Inertial Navigation System) và máy thu ảnh kĩ thuật số ( Digital Camera) sẽ cho phép tạo thành hệ thống thu nhận ảnh độ phân giải cao Mô hình cơ bản của hệ thống đã được thử nghiệm áp dụng trong công tác khảo sát, thành lập bản đồ, tạo ảnh 3D phục vụ quản lí đô thị, giám sát môi trường , và đã được đánh giá rất hiệu quả do nhỏ gọn, linh hoạt, trực thăng có thể cất và hạ cánh trên một khu vực nhỏ hẹp , cho phép truyền hình ảnh trực tiếp về mặt đất với độ phân giải cao Các chức năng phục vụ thành lập bản đồ khá hoàn chỉnh bao gồm: cho phép chụp ảnh theo những vị trí đã biết tọa độ, ảnh thu nhận được xử lí tự động để tạo nhanh và chính xác ảnh trực giao, DSM, phục vụ công tác thành lập bản đồ

UAV hiện nay đang được sử dụng trong nhiều loại nhiệm vụ khác nhau: bia ngắm bắn, do thám, tấn công, nghiên cứu, thương mại, … và nó cũng là một hướng

đi mới cho ngành Trắc địa – Bản đồ ngày nay

1.1.2 Phân loại UAV

Máy bay không người lái có nhiều hình dạng, chủng loại và kích cỡ khác nhau, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó tùy từng công việc cụ thể mà người sử dụng lựa chọn loại máy bay phù hợp UAV được chia ra

làm hai loại chính theo cấu tạo là máy bay cánh cố định (Fixed Wing UAV) và máy

bay cánh quay (RotaryWing UAV)

Hình 1 1: Các loại UAV Bảng 1 1: So sánh giữa hai loại UAV

UAV cánh cố định UAV cánh quay

Công việc Thành lập bản đồ khu vực rộng Thành lập bản đồ khu

vực nhỏ; kiểm tra

Ứng dụng Khảo sát, nông nghiệp, GIS,

môi trường, xây dựng,…

Quay phim, chụp ảnh, khảo sát, xây dựng, …

Độ phân giải mặt đất

(GSD)

Có thể đạt 1.5 cm/pixcel

Có thể đạt 0.1 cm/pixcel

(40÷90 km/h)

Thấp (14÷60 km/h)

(70÷90 phút)

Ngắn (15÷30 phút)

1.1.3 Cấu tạo bộ thiết bị máy bay không người lái (UAV)

1.1.3.1 Hệ thống máy bay

Hệ thống bao gồm thân máy bay, đầu thu GPS, cảm biến tốc độ gió, cảm biến độ cao, cảm biến áp suất, cảm biến cân bằng và bộ thu phát tín hiệu Ngoài ra trên máy bay còn mang theo một quả pin dùng để cung cấp nguồn điện cho toàn bộ các thiết bị trên máy bay

Hình 1 2: Hệ thống máy bay không người lái UAV

Máy bay không người lái có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó tùy từng công việc cụ thể mà người sử dụng lựa chọn loại máy bay phù hợp [2]

1.1.3.2 Máy ảnh kỹ thuật số

Thông thường các máy ảnh sử dụng để chụp ảnh mặt đất bằng UAV là các loại máy ảnh kỹ thuật số có kích thước nhỏ gọn, có tiêu cự cố định và khả năng lấy nét tự động [2]

Hình 1 3: Máy ảnh Sony Exmor

Đặc trưng chủ yếu của các máy ảnh kỹ thuật số là có sai số méo hình kính vật nhỏ, độ ổn định cao và được thiết kế đồng bộ với các hệ thống GPS IMU cùng với các phần mềm xử lý số liệu tâm chụp một cách chuyên dụng Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam dùng các loại máy ảnh phải đáp ứng được những tính năng cơ bản sau:

- Quang sai máy chụp ảnh phải nhỏ;

- Độ phân giải ống kính phải cao và độ nét của ảnh phải được đảm bảo trong toàn bộ trường ảnh;

- Các yếu tố định hướng trong phải được xác định chính xác, (ví dụ: chiều dài tiêu cự, toạ độ điểm chính ảnh );

- Trục quang của ống kính phải vuông góc với mặt phẳng phim;

- Hệ thống chống nhòe phải đủ khả năng loại trừ ảnh hưởng của chuyển động tương đối giữa vật mang và Trái Đất

Nhờ có khung đỡ máy chụp ảnh nên máy ảnh được đưa về vị trí xác định, trong một số trường hợp máy ảnh còn được cân bằng và định hướng Ngoài ra, khung đỡ máy chụp ảnh còn giảm bớt tác động rung động của máy bay đến máy chụp ảnh, giảm bớt độ xóc của máy bay đến máy ảnh khi cất, hạ cánh cũng như khi chạy trên mặt đất

- Thứ hai, bộ điều khiển có thiết bị thu phát tín hiệu dùng để kế nối máy tính bảng với máy bay [2]

Hình 1 4: Trạm điều khiển mặt đất

1.1.3.4 Trạm xử lý ảnh UAV tạo mô hình số mặt đất

Trạm xử lý ảnh bao gồm máy tính trạm Workstations có cấu hình mạnh đƣợc cài đặt phần mêm chuyên xử lý ảnh máy bay để tạo mô hình số mặt đất Đặc điểm chung của các phần mềm xử lý này là từ các bức ảnh số đƣợc chụp từ UAV với độ phủ từ 70-90%, sau khi xử lý sẽ tạo ra mô hình đám mây điểm (Point cloud), mô hình số bề mặt (DSM), mô hình số độ cao (DEM) và ảnh trực giao (Orthomosaic)

[2]

Hình 1 5: Trạm xử lý ảnh

1.1.4 Ứng dụng của thiết bị bay không người lái (UAV)

- Chụp ảnh hàng không cho các dự án lập bản đồ chính xác cao, chụp ảnh nghệ thuật, ảnh toàn cảnh quảng cáo cho du lịch, dịch vụ cho quy hoạch kiến trúc và xây dựng phát triển đô thị

- Quay video từ trên không (dành cho các nhà làm phim, các hãng tin tức truyền thông, hoạt động thể thao, các sự kiện trực tuyến)

- Hỗ trợ công tác tuần tra biên giới, chống buôn lậu, xâm nhập trái phép, chống khai thác rừng… của bộ đội biên phòng

- Các dịch vụ giám sát kiểm định các công trình , đường dây tải điện, tuyến đường cao tốc, kiểm tra đập thủy điện, sân bay, bến cảng…

- Mục đích quân sự: chụp ảnh trinh sát địa hình, giám sát các hoạt động trong diễn tập, hành quân và huấn luyện…

- Mục đích an ninh: theo dõi diễn biến các vụ bạo loạn, các vụ tai nạn giao thông, ùn tắc giao thông

- Hỗ trợ các hoạt động tìm kiếm cứu hộ, cứu nạn, nghiên cứu khảo cổ học

- Dùng UAV để phục vụ khảo sát mùa màng trong nông nghiệp…

- Đặc điểm của công nghệ chụp ảnh hàng không bằng UAV là bay chụp theo từng dải bay do đó rất phù hợp để ứng dụng trong công tác khảo sát địa hình các công trình dạng tuyến như các tuyến đường giao thông Việc kết hợp phương pháp

đo truyền thống với phương pháp bay chụp sẽ đem lại hiệu quả và độ chính xác cao Việc sử dụng công nghệ này sẽ cho ta sản phẩm là mô hình số độ cao , bình đồ ảnh một cách nhanh chóng và trực quan, giúp cho người thiết kế chọn được các phương

án tuyến tối ưu, phù hợp với công tác giải phóng mặt bằng và bước lập đề xuất dự

án

Do vậy, để có thể ứng dụng công nghệ chụp ảnh hàng không bằng UAV vào các dự án cần độ chính xác và mức độ chi tiết cao như thiết kế kỹ thuật thì cần phải tiếp tục nghiên cứu, đánh giá độ chính xác của kết quả bay chụp cũng như hoàn thiện phương pháp xử lý ảnh để nâng cao độ chính xác, đặc biệt trong các địa hình

có thực phủ lớn và khu vực đông dân cư

1.1.5 Tình hình sử dụng ảnh máy bay không người lái ở Việt Nam

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng máy chụp ảnh số phổ thông trong phương pháp đo ảnh khoảng cách gần đã được một số các cơ quan, các nhà khoa học đề cập và tạo được nền tảng cơ sở ban đầu cho quá trình nghiên cứu, ứng dụng Năm 2011, Bộ Quốc phòng đã thử nghiệm và nhập hệ thống thiết bị của Công ty Microdone để nghiên cứu và sản xuất theo nhiệm vụ của Quốc phòng Thực tế cho thấy việc nghiên cứu, xây dựng và áp dụng phương pháp chụp ảnh bằng máy chụp ảnh số phổ thông gắn trên các loại thiết bị bay không người lái ở nước ta còn nhiều hạn chế và chưa triển khai sản xuất đại trà ở các dự án Các phần mềm xử lý cho công nghệ này hoàn toàn có thể áp dụng được các phần mềm đo vẽ ảnh, mà phần mềm này ở Việt Nam được các cơ quan, doanh nghiệp nhập rất nhiều, các phần mềm đều là các phần mềm thương mại đều có thể sử dụng được

1.2 Khái niệm chụp ảnh và đo vẽ ảnh

1.2.1 Định nghĩa đo vẽ ảnh

Đo ảnh được định nghĩa là quá trình thu nhận các thông tin về đối tượng thông qua các phép đo đạc và giải đoán được tiến hành trên ảnh Với sự ra đời và phát triển của công nghệ thu nhận dữ liệu ảnh từ vũ trụ trong khoảng phổ rộng của phổ điện từ khái niệm về đo ảnh và giải đoán ảnh được mở rộng bao gồm cả viễn thám, chuyển từ việc giải đoán ảnh truyền thống (chủ yếu bằng mắt thường) sang các phép xử lý ảnh số và áp dụng các kỹ thuật phân tích trên máy tính [8]

Sách tra cứu về đo ảnh, định nghĩa đo ảnh là “nghệ thuật, khoa học và công nghệ để thu được các thông tin xác thực về các đối tượng vật lý và môi trường, thông qua các quá trình thu thập, đo đạc và giải đoán ảnh và các mô hình của năng lượng phát xạ điện từ và các hiện tượng khác mà không có tiếp xúc trực tiếp với đối tượng” Định nghĩa này được công nhận rộng rãi trong cộng đồng đo ảnh và viễn thám

Sản phẩm truyền thống của đo ảnh là bản đồ địa hình thể hiện các đường bình độ để cung cấp các thông tin về độ cao và một số lớp đối tượng khác Sau này

có thêm sản phẩm nữa là mô hình số độ cao DEM Các ứng dụng khác của đo ảnh bao gồm thành lập bản đồ dưới lòng đất, thành lập bản đồ dưới nước và thành lập bản đồ của các hành tinh hay thiên thể như của Mặt trăng hay sao Hỏa

Ngoài ra còn có rất nhiều ứng dụng phi địa hình của đo ảnh như: trong đo đạc chính xác các công trình công nghiệp, trong y học, sinh trắc học, thành lập bản

đồ động hay trong công tác bảo tồn bảo tàng, …

1.2.2 Phân loại đo vẽ ảnh

Dựa vào vị trí và khoảng cách bay chụp ảnh, hiện nay người ta có thể chia đo

vẽ ảnh thành các loại sau:

- Đo vẽ ảnh vệ tinh: với độ cao bay vệ tinh > 200km

- Đo ảnh hàng không: với độ cao bay chụp > 300m

- Đo ảnh khoảng cách gần: khoảng cách chụp ảnh < 300m

- Đo ảnh mặt đất: đo đạc từ vị trí cố định trên mặt đất

Trong các bài toán đo ảnh hiện đại, đo ảnh khoảng cách gần có thể chia làm

2 nhánh:

+ Đo ảnh mặt đất khoảng cách gần: với máy chụp ảnh đặt ở trên mặt đất; + Đo ảnh hàng không khoảng cách gần: với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngày nay nhiều thiết bị bay không người lái, với tầm bay thấp trên đó có thể gắn máy chụp ảnh để chụp các khu vực có diện tích không lớn Những loại ảnh chụp như vậy người ta còn gọi là ảnh hàng không khoảng cách gần và tương ứng chúng ta có phương pháp đo ảnh hàng không khoảng cách gần

1.3 Chụp ảnh hàng không

1.3.1 Khái niệm chụp ảnh hàng không

Chụp ảnh là quá trình ghi nhận năng lượng phản xạ (hoặc bức xạ) ánh sáng (sóng điện từ) từ đối tượng chụp thông qua bộ phận quang học (kính vật) và được lưu trữ trên cảm quang hay các bộ cảm số

Chụp ảnh hàng không là dùng các thiết bị bay trên không như máy bay, khinh khí cầu, tàu lượn, để mang máy ảnh lên cao chụp bề mặt của mặt đất Sản phẩm của chụp ảnh hàng không là các tấm ảnh theo một tỷ lệ phù hợp với mục đích

sử dụng và dựa vào các tấm ảnh đó ta có thể tiến hành đo vẽ thành lập bản đồ gốc hoặc đoán đọc điều vẽ các địa vật chụp được trên ảnh Quá trình chụp ảnh hàng không có thể được thực hiện nhờ các máy chụp ảnh quang cơ hoặc máy chụp ảnh [8]

1.3.2 Các dạng chụp ảnh hàng không

1.3.2.1 Chụp ảnh đơn

Là chụp ảnh của từng vùng nhỏ của các khu đo theo từng tấm ảnh riêng biệt Các tấm ảnh chụp kề nhau không có liên kết hình học với nhau, ảnh đơn được dùng cho điều tra khảo sát, do thám quân sự, trên những vùng tương đối nhỏ, hoặc để chụp ảnh bổ sung các khu vực chụp sót, chụp thiếu, mây che

Trong đó: : kích thước của tấm ảnh theo hướng dải bay;

: kích thước của phần phủ theo hướng dải bay

1.3.2.3 Chụp ảnh theo khối

Chụp ảnh theo khối là phương thức chụp theo nhiều tuyến bay thẳng, song song và cách đều nhau Các tấm ảnh trên hai dải kề ngoài độ phủ dọc trong mỗi dải bay còn có độ phủ ngang giữa các dải bay kề nhau Đây là cách chụp thường dùng nhất để thành lập bản đồ địa hình Độ phủ ngang q được xác định theo công thức:

Trong đó: : kích thước của tấm ảnh theo chiều vuông góc với dải bay; : kích thước của phần phủ của 2 ảnh trên 2 dải bay kề nhau Thường người ta quy định độ phủ dọc là 60% và độ phủ ngang là 30%

1.3.2.4 Chụp theo các loại tỷ lệ

Được chia làm 3 loại: chụp ảnh tỷ lệ lớn, chụp ảnh tỷ lệ trung bình, chụp ảnh

tỷ lệ nhỏ

Khi chụp thẳng, tỷ lệ ảnh hàng không là hàm số của độ cao bay chụp H, tiêu

cự kính vật máy ảnh fk, còn khi chụp nghiêng ngoài H và fk ra tỷ lệ ảnh còn phụ thuộc vào góc nghiêng trục quang so với đường dây dọi ∝0và tung độ y của điểm ảnh trên ảnh Vì vậy:

1

m = F(H, fk, ∝0, y) (1.3) Thông thường tỷ lệ của ảnh chụp lớn hơn 1:10.000 gọi là tỷ lệ lớn; từ 1:10.000 – 1:30.000 gọi là tỷ lệ ảnh trung bình và nhỏ hơn 1:30.000 gọi là tỷ lệ ảnh

bé Tỷ lệ ảnh nhỏ nhất của ảnh dùng để lập bản đồ địa hình không được nhỏ hơn 1:70.000 – 1:80.000, với tỷ lệ đó ta mới có khả năng đoán đọc được các chi tiết nhỏ hơn nhưng quan trọng trên bản đồ 1:100.000

Quan hệ giữa tỷ lệ ảnh chụp và tỷ lệ bản đồ cần thành lập thể hiện bằng công thức:

Bảng 1 2: Mối quan hệ giữa tỷ ệ ảnh chụp v tỷ ệ bản đồ cần thành lập với tiêu

Theo phương pháp đo vẽ

lập thể

Theo phương pháp phối hợp Vùng đồng

bằng Vùng núi

Vùng đồng bằng

Ngày nay khi nhu cầu mô phỏng thế giới thực ngày càng tăng thì nhu cầu sử dụng mô hình số bề mặt ngày càng nhiều

1.4.2 Các phương pháp thành lập DSM

- Phương pháp sử dụng công nghệ Lidar: cho phép xác định ngoài các đối tượng DSM còn có thể xác định cả DEM do khả năng xuyên qua lớp thực phủ của tia laser tuy nhiên phương pháp này không có được ảnh bề mặt của đối tượng

- Phương pháp sử dụng công nghệ ảnh: cho phép xác định bề mặt đối tượng DSM nhưng khó xác định được bề mặt đất DEM vì các tia sáng khó xuyên qua các

bề mặt thức phủ.ưu điểm của phương pháp có ảnh phủ trên bề mặt đối tượng

1.4.3 Ứng dụng của DSM

DSM - mô hình số bề mặt là khái niệm rất phổ biến dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Nó được dùng để mô tả bề mặt đối tượng trong nhiều lĩnh vực như:

- Mô hình cơ khí - khuôn mẫu tượng:

Hình 1 6: Mô hình khuôn mẫu tượng

- Mô hình kiến trúc, xây dựng:

Hình 1 7: Mô hình nhà

- Mô hình bề mặt mặt đất:

Hình 1 8: Mô hình bề mặt mặt đất

- Ngoài ra DSM còn phục vụ cho các mục đích khác nhƣ tính thể tích, khối lƣợng, khảo sát bề mặt…

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC THÀNH LẬP MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT BẰNG DỮ LIỆU BAY CHỤP TỪ MÁY BAY

KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV) 2.1 Một số yêu cầu kỹ thuật của công tác chụp ảnh bằng máy bay không người lái (UAV)

2.1.1 Thiết bị bay

Trước khi bay, cần phải kiểm tra tổng thể thiết bị bay Mọi đối tượng chưa được chắc chắn trên hệ thống sẽ tạo ra các rung động có thể cảm nhận được và ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống Trong trường hợp hệ thống bị rơi hoặc hạ cánh khó khăn, trước khi thực hiện bất kỳ một chuyến bay nào đều phải được kiểm tra một cách trực quan tất cả các phần của hệ thống

Không gắn các vật bằng kim loại vào hệ thống mà không có sự cho phép của nhà sản xuất, điều này có thể gây ảnh hưởng từ đến hoạt động của hệ thống định vị GPS

- Trước và sau mọi chuyến bay đều kiểm tra các việc sau đây:

+ Quan sát cấu trúc tổng thể của hệ thống;

+ Các cánh tay mang động cơ của hệ thống phải được cố định chắc chắn; + Không có rạn nứt ở bất kỳ phần nào của hệ thống;

+ Không có chất lỏng trong hệ thống;

+ Càng hạ cánh trong điều kiện tốt;

+ Rotor hoạt động tốt, không bị vỡ hoặc bị hư hại;

+ Nắp mang GPS vừa vặn và cố định chắc chắn;

+ Ăng-ten nhận tín hiệu điều khiển được vặn chắc chắn

+ Không có nước bên trong lõi của hệ thống;

+ Không có tuyết hoặc băng bên trong lõi hoặc động cơ của hệ thống;

+ Trong môi trường độ ẩm cao, cho hệ thống vào hòm chứa (tránh độ ẩm) sau khi bay, đảm bảo giữ cho hệ thống ở một nơi khô trong ít nhất 2 giờ trước khi cất đi;

Cần phải tránh để bụi hoặc cát tích tụ bên trong hệ thống hoặc trong các động cơ

Bao bì của hệ thống: phải đặc biệt quan tâm hòm đựng và thiết bị bay trước khi đóng gói hệ thống

2.1.2 Trạm điều khiển mặt đất

Trạm điều khiển mặt đất là công cụ quan trọng nhất hỗ trợ cho người sử dụng về tình trạng thực tế của hệ thống Để đảm bảo hoạt động của trạm cơ sở được trơn tru cần xem xét các điểm sau đây trước khi tổ chức bay:

+ Sạc pin đầy đủ, kết nối nguồn để cung cấp năng lượng cho trạm;

+ Tín hiệu video làm việc;

+ Chất lượng dữ liệu đường truyền tín hiệu xuống hoạt động tốt (chất lượng trên 70%);

+ Cáp tín hiệu video được kết nối với các yếu tố đầu vào hoặc đầu ra của hệ thống;

+ Cáp nhận dữ liệu truyền xuống (qua cổng USB) phải ở trong tình trạng tốt

và cố định trong máy tính để có thể nhận được thông tin;

+ Máy tính nhận được các cổng kết nối USB mô phỏng cổng COM

+ Cáp để cung cấp năng lượng cho trạm từ một phương tiện khác (ôtô, acquy…), hoặc từ nguồn điện lưới bên ngoài

+ Không để trạm điều khiển tiếp xúc với chất lỏng hoặc bụi

+ Kiểm tra các kết nối angten và liên lạc trong tình trạng tốt

2.1.3 Môi trường bay

Đây là trách nhiệm của người sử dụng và phi công để xác định các điều kiện phù hợp cho việc thực hiện các chuyến bay Việc xác định các điều kiện của môi trường rất quan trọng, cần phải thực hiện các công việc sau:

+ Xác minh điều kiện thời tiết trong khu vực bay trước khi thực hiện chuyến bay;

+ Xác định tốc độ gió trung bình, mưa, ánh sáng không có biểu hiện gây bất

kỳ rủi ro nào cho hệ thống;

+ Xác định nơi tốt nhất để đặt các điểm Base và điểm điều khiển cho người điều khiển;

+ Luôn chọn địa điểm sao cho hướng gió thuận lợi cho việc điều khiển thiết

+ Lập kế hoạch cho các chuyến bay theo chế độ điều khiển bằng tay hoặc chế độ dẫn đường;

+ Luôn tính toán đảm bảo rằng trong 1/2 thời gian đầu của chuyến bay hệ thống phải tới được các điểm cao nhất hoặc xa nhất của tuyến bay này;

+ Nếu cần thực hiện một chuyến bay thử nghiệm với máy ảnh nhẹ nhất; + Chỉ bay tại các khu vực thoáng, nơi đảm bảo khoảng cách tầm nhìn tới hệ thống;

+ Khu vực cất cánh và hạ cánh phải có diện tích tối thiểu đảm bảo an toàn đối với từng loại máy bay (loại đa động cơ và loại cánh liền) và không có bất cứ chướng ngại vật nào (cáp, cây bụi, cây cao, ô tô, nhà, …);

+ Không bay gần đến các đối tượng làm ảnh hưởng đến tín hiệu GPS, dưới gầm cầu, gần các tòa nhà cao tầng, ăng-ten thu phát, …;

+ Tránh bay trên đường phố với những ngôi nhà hoặc gần các tòa nhà cao tầng và cáp;

+ Khu vực cất và hạ cánh phải cách xa các đối tượng có độ cao lớn hoặc các tòa nhà, chúng có thể làm nhiễu tín hiệu thu GPS Khuyến cáo: luôn đảm bảo tỷ lệ sau đây:

Trong đó:

A: là chiều cao của đối tượng;

B: là khoảng cách từ điểm hạ cánh tới đối tượng

Khi đang bay nếu gặp mưa hoặc nước bị vô tình rơi vào hệ thống, không nên tiến hành bay tiếp, nó có thể dẫn đến những trục trặc và có thể gây ra thiệt hại cho

2.2 Quy trình công nghệ thành lập mô hình số bề mặt

Dữ liệu ảnh thu nhận từ UAV đã được xử lý bằng thuật toán tự động xử lý ảnh và khôi phục mô hình ba chiều [1], [13] Những kĩ thuật này cho phép giải quyết đồng thời các vấn đề về hình học của hướng, vị trí máy chụp ảnh và các điểm khống chế trên những tấm ảnh có độ phủ trùm thông qua một quy trình xử lý tự động bằng phần mềm Agisoft PhotoscanPro [9]

Hình 2 1: Sơ đồ quy trình thành lập mô hình số bề mặt

2.2.1 Công tác chuẩn bị và thiết kế bay chụp

- Ta phải khái quát địa lý khu vực cần thành lập bản đồ, từ đó ta có tiêu chí

để lựa chọn các đối tượng, hiện tượng để thể hiện lên bản đồ

Bố trí và đo điểm KCA

Bay chụp ảnh phục

vụ tạo DSM

Khai báo khống chế ảnh và khớp ảnh tự động

Chiết xuất và xây dựng CSDL đám mây điểm

Nội suy mô hình số bề mặt (DSM) và đánh

giá độ chính xác DSM Công tác chuẩn bị và thiết kế bay chụp

- Xác định mức độ khó khăn, xác định độ chính xác khi thành lập bản đồ cho khu vực

- Kết hợp các quy định, quy phạm trong thành lập bản đồ địa hình với các đặc điểm địa lý, kinh tế - xã hội của khu vực thành lập bản đồ

- Chuẩn bị các công việc phục vụ cho ca bay chụp:

+ Thu thập các tài liệu liên quan đến khu vực cần thành lập bản đồ

+ Liên hệ với các cơ quan nhà nước, chính quyền địa phương làm thủ tục và xin giấy phép bay;

+ Số liệu tọa độ, độ cao các điểm khống chế các cấp;

+ Khảo sát khu đo, chọn vị trí cất hạ cánh;

+ Chuẩn bị và kiểm tra các thiết bị máy và phương tiện phục vụ công tác bay chụp ảnh

Công tác thiết kế bay chụp cơ bản bao gồm tính toán độ cao bay của UAV, xác định độ phủ dọc và độ phủ ngang của ảnh, thiết kế và tính toán số đường bay, ước tính tổng số ảnh cần chụp và tổng dung lượng ảnh, tính tốc độ chụp và tổng thời gian bay

Các tham số cho công tác thiết kế bay chụp được xác định tùy thuộc vào diện tích bay chụp và độ chính xác của sản phẩm bản đồ Sau đó, chúng được nhập vào phần mềm quản lý và thực hiện bay chụp như Pix4Dcapture, Mission Planner, Dji Ground Control Station …

2.2.1.1 Thiết kế độ cao bay chụp cho UAV

Vì kích cỡ của cảm biến thu nhận ảnh trong máy ảnh là cố định, do đó độ phân giải điểm ảnh (kích thước của pixel) bị chi phối bởi độ cao bay chụp Kích cỡ

điểm ảnh ảnh hưởng đến độ chính xác của các sản phẩm bản đồ Mối quan hệ giữa

độ cao bay chụp và độ phân giải điểm ảnh được thể hiện trong công thức dưới đây:

HBC = Lim.GSD.fk

LSS.100 (m)

(2.2) Trong đó:

HBC: độ cao bay chụp của UAV, đơn vị là m;

Lim (image Length): độ dài của ảnh chụp, đơn là pixcel;

GSD (Ground Sample Distance): độ phân giải mặt đất, đơn vị là cm;

fk: tiêu cự của máy chụp ảnh, đơn vị mm;

LSS (Sensor Length): chiều dài của cảm biến thu nhận ảnh của máy ảnh, đơn

vị mm

2.2.1.2 Tính tổng số đường bay của UAV

Tổng số đường bay của UAV phụ thuộc vào độ phủ ngang giữa hai dải bay

kề nhau và được tính theo công thức:

Ví dụ: Khu đo có kích cỡ là 168 m dài x 156 m rộng; độ phủ ngang của ảnh

là 65%; WSS của máy ảnh là 4.72 mm; ma là 19.000, tổng số đường bay là 5 đường bay (làm tròn)

Trong đó:

Lim, Wim: chiều dài, chiều rộng của ảnh, đơn vị pixcel;

v: tốc độ bay của UAV

Vì chiều cao và chiều rộng của cảm biến thu nhận ảnh trên máy ảnh là khác nhau, do vậy tốc độ chụp ảnh phụ thuộc vào việc máy ảnh đặt song song hay vuông góc với hướng bay (dễ dàng điều chỉnh), do vậy, Lim hay Wim sẽ được chọn

Hình 2 2: Bố trí hướng máy ảnh trên UAV (a) Máy ảnh đặt vuông góc với hướng

bay; (b) Máy ảnh đặt song song với hướng bay

2.2.1.4 Thiết kế tuyến bay phục vụ thành lập mô hình số bề mặt và bản đồ trực ảnh

Tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của khu đo mà ta có thể dựa vào đó

để có thể thiết kế đồ hình sao cho tối ưu Phầm mềm Map Pilot hay Pix4D… hoàn

toàn giúp ta thực hiện điều đó Đây là những phần mềm chuyên dụng được xây dựng để thiết kế tuyến bay tích hợp với nền bản đồ Google map

2.2.2 Bố trí điểm và đo khống chế ảnh

Các sản phẩm bản đồ từ công nghệ UAV cần thể hiện trong hệ tọa độ quy chiếu quốc gia VN-2000, trong khi các phần mềm hỗ trợ thiết kế tuyến bay sử dụng tọa độ từ vệ tinh GPS, do đó cần phải có công tác chuyển đổi tọa độ Công tác này

có thể thực hiện thông qua hai phương pháp:

+ Chuyển đổi trực tiếp dựa trên tham số máy ảnh và tọa độ GPS của UAV: Phương pháp này chỉ thực hiện được khi UAV có thiết bị định vị tọa độ chính xác

+ Dựa vào các điểm khống chế mặt đất GPS, được cung cấp cho phần mềm

xử lý ảnh: Phương pháp này quy chiếu tọa độ tấm ảnh theo tọa độ điểm khống chế mặt đất được thiết lập thông qua bình sai tam giác ảnh không gian

Theo Turner [20] chỉ ra rằng, phương pháp thứ hai cho độ chính xác cao hơn,

do đó phương pháp này thường được sử dụng hơn

Số lượng điểm và phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp phụ thuộc vào độ chính xác cần đạt được của sản phẩm bản đồ Ngày nay với sự phát triển mới của phương pháp tam giác ảnh cho phép nâng cao độ chính xác và hiệu quả của công tác tăng dầy Vì vậy số điểm khống chế ngoại nghiệp được giảm đi rất nhiều, các phương án bố trí điểm cũng rất linh hoạt

Sau khi thiết kế tuyến bay và đo khống chế ngoại nghiệp, ta cần tiến hành kiểm tra hệ thống UAV xem có đạt được các yêu cầu cho công tác bay chụp không, nếu đạt được những yêu cầu này thì ta mới tiến hành bay chụp

2.2.3 Bay chụp ảnh UAV

2.2.3.1 Thiết bị thực nghiệm

Trước khi tiến hành thực nghiệm chúng tôi đã tiến hành khảo sát 1 số loại thiết bị UAV trong thực tế hiện nay và thấy rằng có nhiều chủng loại khác nhau, tuy nhiên trong các đơn vị đo đạc – bản đồ hiện nay các thiết bị UAV được chia làm 2 loại chính cánh cố định và cánh quay

2.2.3.2 Công tác chuẩn bị bay chụp

Sau khi thiết kế tuyến bay và đo khống chế ngoại nghiệp, ta cần tiến hành kiểm tra hệ thống UAV xem có đạt được các yêu cầu cho công tác bay chụp không, nếu đạt được những yêu cầu này thì ta mới tiến hành bay chụp

Trước khi bay chụp tại thực địa, cần phải tiến hành kiểm tra không gian bao quanh vị trí được lựa chọn phục vụ cho cất, hạ cánh an toàn, bao gồm: xác định khả năng thông thoáng để thu tín hiệu GPS được tốt nhất, ước lượng gần đúng chiều cao một số đối tượng cao nhất trong khu chụp (nhà cao tầng, cây, cột ăng ten, đường dây điện ) và đặc biệt lưu ý đến vị trí của các trạm thu phát sóng (truyền hình, điện thoại di động, radar ) xuất hiện trong khu chụp, vì có thể gây ảnh hưởng nhiễu đến

bộ điều khiển của thiết bị bay không người lái UAV

Một ca bay chụp bằng thiết bị bay UAV được thực hiện theo các bước sau:

- Sạc pin cho các thiết bị sau:

+ Khi chụp hết tuyến bay hoặc thiết bị hết pin, đổi sang chế độ điều khiển bằng tay và hạ cánh;

- Khi thực hiện bay chụp xong ta tắt nguồn các thiết bị, sao chép các ảnh từ thẻ nhớ vào máy tính xách tay

2.2.4 Xử lý dữ liệu ảnh chụp

Quá trình này chúng tôi tiến hành sử dụng phần mềm Pix4Dmapper để thực

hiện việc xử lý ảnh sau khi bay chụp Trước khi tiến hành xử lý khớp ảnh trên phần mềm, tiến hành truy cập vào thư mục lưu ảnh trong máy tính, xoá bỏ các tấm ảnh chụp thừa (các tấm ảnh này thường sinh ra khi mỗi lần máy bay cất cánh)

- Kiểm tra các thông số máy ảnh:

Hình 2 3: Kiểm tra tham số hiệu chuẩn máy ảnh

Để có hình ảnh chất lượng tốt, cần thiết phải xác định giá trị biến dạng do ống kính gây ra Các tham số của máy ảnh sẽ được nhập vào trong phần khai báo về máy ảnh để phần mềm có thể khử sai số biến dạng ống kính trong quá trình xử lý ảnh

- Các bước tiến hành xử lý ảnh UAV phục vụ xây dựng DSM và bản đồ trực ảnh:

+ Tiến hành nhập toàn bộ ảnh chụp vào chương trình Pix4Dmapper Những tấm ảnh này có toạ độ theo toạ độ của tuyến bay được thiết kế (thường là hệ toạ độ

dữ liệu đầu ra

Hình 2 4: Thiết lập các thông số cho các quá trình

Vào mục Processing rồi bấm Start để bắt đầu tiến hành khớp ảnh

Hình 2 5: Thực hiện quá trình khớp ảnh (Initial Processing)

+ Tiến hành quá trình khớp ảnh và tạo đám mây điểm (Point Cloud) cho khu vực thực nghiệm