Đồ án khảo sát độ chính xác lưới tam giác ảnh không gian trên trạm ảnh số SSK intergraph

Phương pháp đo ảnh số có ưu điểm là độ chính xác và hiệu quả cao nhờkhả năng tự động hóa trong quá trình đo ảnh như: tự động khớp ảnh trong địnhhướng và đo ảnh, tự động xây dựng mô hình

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 .VỊ TRÍ VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TÁC TĂNG DÀY ĐIỂM KHỐNG CHẾ TRONG ĐO ẢNH 6

1.1 Vị trí và nhiệm vụ của công tác tăng dày điểm khống chế trong phương pháp đo ảnh số 6

1.1.1.Nhiệm vụ của tác tăng dày khống chế ảnh 6

1.1.2 Vị trí của công tác tăng dày điểm khống chế 7

1.2 Những yêu cầu đối với điểm khống chế ảnh tăng dày 9

1.2.1 Định nghĩa điểm khống chế ảnh tăng dày 9

1.2.2 Yêu cầu về độ chính xác của điểm khống chế ảnh tăng dày 9

1.2.3 Yêu cầu về vị trí điểm đối với các điểm khống chế ảnh 12

1.2.4 Những yêu cầu đối với điểm khống chế ngoại nghiệp 13

1.3 Các phương pháp xây dựng lưới tam giác ảnh không gian 15

1.3.1 Phương pháp xây dựng lưới TGAKG theo mô hình 15

1.3.2 Phương pháp xây dựng lưới TGAKG theo chùm tia 24

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH XÂY DỰNG LƯỚI TGAKG TRÊN TRẠM ẢNH SỐ SSK INTERGRAPH 33

2.1 Khái niệm ảnh số và những tính chất cơ bản của ảnh số 33

2.1.1 Khái niệm về ảnh số 33

2.1.2 Những tính chất cơ bản của ảnh số 34

2.2 Khái niệm về đo vẽ ảnh số 36

2.2.1 Định nghĩa về phương pháp đo ảnh số 36

2.2.2 Quy trình thành lập BĐĐH bằng phương pháp ảnh số 38

2.3 Phương pháp tăng dày ảnh số 40

2.3.1 Nguyên lý của phương pháp 40

2.4 Quy trình tăng dày trên trạm ảnh số SSK Intergraph 41

2.4.1 Sơ đồ cấu trúc phần mềm trên trạm ảnh số SSK Intergraph 41

2.4.2 Sơ đồ quy trình xây dựng lưới TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph bằng phần mềm Photo – T 43

2.5 LÝ THUYẾT SAI SỐ CỦA LƯỚI TGAKG 44

2.5.1 Các nguồn sai số trong lưới tam giác ảnh không gian 44

2.5.2 Các phương pháp xử lý ảnh hưởng của các loại sai số trong lưới tam giác ảnh không gian 47

2.5.3 Cơ sở đánh giá độ chính xác lưới TGAKG 47

2.6 Độ chính xác lưới TGAKG trên trạm ảnh số SSK INTERGRAPH.48 2.6.1 Các nguồn sai số trong đo ảnh số 48

2.6.2 Yêu cầu độ chính xác thành lập lưới TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph 50

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC TGAKG TRÊN TRẠM ẢNH SỐ SSK INTERGRAPH 53

3.1 Vị trí địa lý và các tư liệu của khu đo 53

3.1.1 Vị trí địa lý của khu đo thực nghiệm 53

3.1.2 Thông số bay chụp ảnh 53

3.1.3 Sơ đồ khối ảnh thực nghiệm 54

3.1.4 Số liệu điểm khống chế ngoại nghiệp 55

3.2 Quy trình xây dựng TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph 56

3.2.1 Tạo mới project: 56

3.2.2 Nhập thông số cho camera 58

3.2.3 Nhập thông số cho tuyến bay 59

3.2.4 Nhập toạ độ điểm KCNN 61

3.2.5 Xây dựng lưới TGAKG 62

3.3 Độ chính xác của lưới tam giác ảnh không gian thử nghiệm 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Phương pháp đo ảnh ra đời đã đánh dấu sự phát triển vượt bậc của ngànhkhoa học trái đất nói chung và ngành trắc địa nói riêng Phương pháp đo ảnh rađời từ những năm 50 của thế kỷ 19 và không ngừng phát triển từ phương pháp

đo ảnh tương tự đến phương pháp đo ảnh giải tích và ngày nay là phương phápảnh số Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học và các kỹ thuậttính toán, phương pháp đo ảnh số đang được ứng dụng rộng rãi để thành lập bản

đồ địa hình và bản đồ địa chính tại các cơ sở sản xuất trong nước

Phương pháp đo ảnh số có ưu điểm là độ chính xác và hiệu quả cao nhờkhả năng tự động hóa trong quá trình đo ảnh như: tự động khớp ảnh trong địnhhướng và đo ảnh, tự động xây dựng mô hình lập thể, thành lập mô hình số độcao, nội suy đường bình độ và nắn ảnh trực giao.v.v… Trong đó, công tác tăngdày không chế ảnh hay còn được gọi là công tác xây dựng lưới tam giác ảnhkhông gian nhằm xác định tọa độ trắc địa của các điểm khống chế đo vẽ đượcchọn tại những vị trí phù hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở liên kết các đốitượng đo vẽ trong phòng với thực địa Hiện nay, công tác tăng dày ảnh số ngàycàng được áp dụng nhiều hơn trong sản xuất Tuy nhiên, độ chính xác của lướitam giác ảnh không gian được xây dựng bằng công nghệ ảnh số vẫn đang đượccác nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu

Để đáp ứng những yêu cầu thực tế nhằm nâng cao kiến thức học tập, em

đã thực hiện đề tài tốt nghiệp với nội dung ” Khảo sát độ chính xác lưới tam giác ảnh không gian trên trạm ảnh số SSK Intergraph” dưới sự hướng dẫn

của Cô giáo Lê Minh Hằng cùng các thày cô giáo trong bộ môn trắc địa bản đồ

Qua thời gian nghiên cứu lý thuyết và tiến hành làm thí nghiệm trên trạmảnh số SSK Intergraph, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Nội dung

đồ án của em bao gồm những phần sau:

Chương 1: Vị trí và nhiệm vụ của công tác tăng dày điểm khống chế trong đoảnh

Chương 2: Quy trình xây dựng lới TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph

Chương 3: Khảo sát độ chính xác lưới TGAKG trên trạm ảnh số SSKIntergraph

Mặc dù đã cố gắng nghiên cứu, học hỏi nhưng với thời gian có hạn, kiếnthức thực tế chưa được đầy đủ nên trong nội dung đồ án của em sẽ không tránhkhỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ dạy của các thày cô giáotrong bộ môn và sự đống góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp Là một sinh viên

em xin được bày tỏ lòng biết ơn của mình đối với sự hướng dẫn tận tình chu đáocủa Cô giáo cùng toàn thể các thày cô giáo trong Bộ môn trắc địa bản đồ

Hà nội, ngày tháng năm 2013

Sinh viên thực hiện

DÀY ĐIỂM KHỐNG CHẾ TRONG ĐO ẢNH

1.1 Vị trí và nhiệm vụ của công tác tăng dày điểm khống chế trong phương pháp đo ảnh số

1.1.1.Nhiệm vụ của công tác tăng dày khống chế ảnh

Hiện nay, ở nước ta áp dụng nhiều phương pháp để thành lập bản đồ như:

 Phương pháp đo trực tiếp ngoài thực địa

 Phương pháo đo bằng ảnh chụp

 Phương pháp biên tập từ bản đồ tỷ lệ lớn

Trong các phương pháp thành lập bản đồ nêu trên thì phương pháp thànhlập từ ảnh chụp là phương pháp chiếm tỷ trọng từ 90-95% số lượng bản đồ địahình và địa chính ở nước ta và các nước tiên tiện Phương pháp thành lập bản đồ

từ ảnh có hai quy trình cơ bản như sau:

 Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh đơn

 Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh lập thể

Phương pháp đo ảnh đơn lấy ảnh nắn làm nền để xác định vị trí mặt

phẳng của các nội dung địa vật của bản đồ Phương pháp đo ảnh đơn được ứngdụng để thành lập bản đồ ở vùng bằng phẳng là chủ yếu Phương pháp đo ảnhđơn có thế được thực hiện trên nền ảnh nắn quang cơ hoặc trên nền ảnh nắn và

kỹ thuật số hóa

Phương pháp đo lập thể chủ yếu áp dụng cho vùng dồi núi và những vùng

có độ chênh cao lớn Phương pháp đo lập thể có thể tiến hành dựa trên cácphương pháp sau:

 Phương pháp tương tự (toàn năng và vi phân)

 Phương pháp giải tích

 Phương pháp đo ảnh số

Để thành lập bản đồ theo phương pháp đo ảnh đơn hay theo phương pháp

đo lập thể thì đều cần có các điểm khống chế thích hợp Trong công tác đo vẽảnh không, các điểm khống chế là cơ sở cho việc xác định vị trí không giantrong hệ tọa độ trắc địa của các chùm tia hoặc các mô hình lập thể được xác định

từ các ảnh bay chụp, vì các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh hành khôngthường không được xác định bằng các phương pháp vật lý trong khi bay chụpvới độ chính xác yêu cầu

Tuy nhiên, nếu tất cả các điểm không chế ảnh đều phải tiến hành đo đạcxác định ngoài thưc địa thì khối lượng công tác sẽ tăng lên rất lớn Vì vây trongphương pháp đo ảnh, người ta dựa trên các tính chất hình học cơ bản của ảnh đo

và các nguyên lý cơ bản về mối quan hệ giữa ảnh đo, mô hình lập thể và miềnthực địa để xây dựng các phương pháp đo đạc trong phòng nhằm xác định tọa độtrắc địa của các điểm khống chế ảnh thay cho phần lớn công tác đo đạc ngoài

trời Công tác này được gọi là công tác tăng dày khống chế ảnh trong Trắc địa

ảnh

Nhiệm vụ của công tác tăng dày khống chế ảnh là xác định tọa độ trắc

địa của các điểm khống chế đo vẽ ảnh được chọn và đánh dấu ở những vị tríthích hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở cho việc liên kết các đối tượng đo vẽtrong phòng với miền thực địa phục vụ chi các công tác đo vẽ nội nghiệp vẽ sau(như công tác nắn ảnh hoặc công tác định hướng mô hình lập thể)

1.1.2 Vị trí của công tác tăng dày điểm khống chế

Qua sơ đồ quy trình công nghệ cơ bản của phương pháp thành lập bản đồbằng ảnh hang không nên trên có thế thấy rằng : công tác tăng dày không chếảnh vẫn giữ vị trí quan trọng trong toàn bộ quy trình đo vẽ ảnh hiện đại Đây làcông việc đầu tiên của quy trình công nghệ thành lập bản đồ trong phần nộinghiệp Nó rất quan trọng bởi nếu công việc đầu tiên này không đạt được độchính xác cao thì các công đoạn tiếp theo cũng sẽ không đạt yêu cầu

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP

Biên tập và kiểm tra sửa

chữa Các quá trình xử lý và đo vẽ ảnh trong phòng

Giao nộp sản phẩm

1.2 Những yêu cầu đối với điểm khống chế ảnh tăng dày

1.2.1 Định nghĩa điểm khống chế ảnh tăng dày

Điểm khống chế ảnh tăng dày là điểm ảnh rõ nét được chọn và đánh dấu

trên ảnh và đồng thời được xác định tọa độ trắc địa bằng phương pháp trongphòng

1.2.2 Yêu cầu về độ chính xác của điểm khống chế ảnh tăng dày

Trong phương pháp đo vẽ ảnh đơn và lập thể, các nội dung bản đồ đếuđược đo vẽ trực tiếp từ các ảnh đo và được định hướng trong hệ tọa độ trắc địatrên cơ sở các điểm khống chế ảnh được tăng dày Vì vậy, độ chính xác của cácđiểm khống chế ảnh tăng dày cần phải cao hơn độ chính xác của nội dung bản

đồ ít nhất là một cấp

(1.1)

Trong đó : sai số điệm khống chế ảnh tăng dày

sai số nội dung bản đồ

Độ chình xác của nội dung bản đồ bao gồm độ chính xác về mặt bằng độchính xác về độ cao theo quy phạm

Sai số trung bình cho phép của tọa độ và độ cao điểm khống chế ảnh

Vùng đo vẽ Sai số trung bình

mặt phẳng (tính theo tỉ lệ BĐ)

Sai số trung bình độ cao (tính theo khoảng cao đều đường bình độ)

Trong phương pháp đo ảnh giải tích, độ chính xác của nội dung đo vẽquyết định bằng độ chính xác đoán nhận điểm ảnh Với những tiến bộ kỹ thuậtchụp ảnh và đo ảnh hiện nay, độ chính xác này có thế đạt đến ± 0.01 mm Do

đó, sai số trung bình cho phép của vị trí mặt phẳng của điểm khống chế tăng dàyđược tính theo công thức sau:

tiêu cự của máy chụp ảnh

Quan hệ giữa tỷ lệ ảnh và tỷ lệ bản đồ được biểu diễn thông qua côngthức Gruber, tức là :

( 1.4 )

Trong đó : – mẫu số tỷ lệ bản đồ

C là hệ số kinh tế hay còn gọi là hệ số Gruber

Hiện nay, nhờ các tiến bộ kỹ thuật trong công tác bay chụp ảnh và đo ảnh,

hệ số C được xác định trong khoảng từ 200

1.2.3 Yêu cầu về số lượng và phương án bố trí điểm

Số lượng và phương án bố trí điểm khống chế đo vẽ trên các ảnh đo dophương pháp đo vẽ ảnh quyết định

a.Trong phương pháp đo vẽ ảnh phối hợp:

Phương pháp đo vẽ ảnh phối hợp lấy các ảnh đơn làm cơ sở thì số lượng

và phương án bố trí điểm khống chế trên ảnh phải thỏa mãn yêu cầu của côngtác nắn ảnh Trong phương pháp nắn ảnh, mỗi ảnh đo cần phải có ít nhất 4 điểmkhống chế, nằm ở 4 góc của diện tích đo vẽ Ngoài ra,để kiểm tra độ chính xácnắn ảnh, thường trên mỗi ảnh được bố trí thêm điểm thứ 5 ở giữa ảnh

Sau đây là phương án bố trí điểm tối ưu vế số lượng và vị trí đối với điểmkhống chế nắn ảnh khi chụp ảnh chuẩn

- Điểm khống chế ảnh

Hình 1.2 Phương án bố trí điểm khống chế nắn ảnh khi chụp ảnh chuẩnTheo phương án bố trí điểm như Hình 1 2, số lượng điểm khống chếtăng dày trong mỗi dải ảnh và trong toàn khu đo được tính theo các công thức :

( 1.5)Ảnh đơn

Mô hình lập thể

( 1.6 )

Trong đó : i là số ảnh và k là số dải ảnh

b Trong phương pháp đo vẽ ảnh lập thể:

Phương pháp đo vẽ ảnh lập thể lấy điểm khống chế ảnh là cơ sở cho côngtác định hướng các mô hình lập thế Do đó, mỗi mô hình phải có ít nhất 3 điểmkhống chế Để tăng độ chính xác và kiểm tra công tác định hướng thường bố trí

4 điểm khống chế ảnh ở 4 góc của mô hình lập thể

Hình 1 3 thể hiện phương án bố trí điểm tối ưu vế số lượng và vị trí đốivới điểm khống chế ảnh khi chụp ảnh chuẩn

- Điểm khống chế ảnh

Hình 1.3 Phương án bố trí điểm khống chế ảnh trong phương pháp đo ảnh lập

thể khi ảnh chụp tiêu chuẩnĐối với phương án bố trí điểm này, số điểm khống chế trong mỗi dải ảnh

và trong toàn khối được tính theo các công thức sau :

=2i ( 1.7 )

=i(k+1) ( 1.8 )

Trong đó : i là số ảnh và k là số dải ảnh

1.2.3 Yêu cầu về vị trí điểm đối với các điểm khống chế ảnh

Điều kiện lựa chọn vị trí các điểm khống chế ảnh tăng dày phục vụ chocông tác đo vẽ trong phòng như sau :

 Không được sát mép ảnh dưới 1 cm và các dấu đặc biệt của ảnh (nhưđường ép phẳng, bọt nước, đồng hồ…) dưới 1 mm

 Không được cách các vị trí tiêu chuẩn cho từng trường hợp bố trí điểmquá 1 cm

 Phải có khả năng sử dụng chung cho các ảnh kề cùng dải bay và dải baybên cạnh Trong trường hợp độ phủ của ảnh không tiêu chuẩn, điểmkhống chế có thể chọn riêng cho từng dải bay, nhưng phải nằm trênđường thẳng góc với cạnh đáy ảnh kẻ từ điểm chính ảnh và cách điểmchính ảnh không nhỏ hơn một cạnh đáy ảnh

 Tại những vị trí tiêu chuẩn nói trên, điểm khống chế tăng dày phải đượcchọn trên những địa vật có hình ảnh rõ nét, dễ đoán nhận và có khả năngchâm chích chính xác vị trí của nó trên các ảnh kề nhau Những địa vậtnhư vậy thường là :

 Giao điểm của các địa vật hình tuyến có góc cắt bằng 900

 Góc của các mảnh ruộng , mảnh đất hay mảnh thực vật có hình dạng rõrệt và độ tương phản lớn

 Các địa vật riêng lẻ đặc biệt (như các dấu mốc nhân tạo)

1.2.4 Những yêu cầu đối với điểm khống chế ngoại nghiệp

a Định nghĩa

Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp là điểm ảnh rõ rệt được nhận biết trênảnh và trên thực địa và tọa độ trắc địa của chúng được xác định trực tiếp ngoàithực địa

ngoại nghiệp được gọi là công tác đo nối.

b Yêu cầu về độ chính xác đối với điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp

Vì điểm khống chế ngoại nghiệp là cơ sở để xác định toạ độ trắc địa củacác điểm tăng dày nên độ chính xác của chúng về nguyên tắc sẽ cao hơn điểmtăng dày một cấp đồng thời vị trí của chúng được đánh dấu trên ảnh với độ chínhxác 0.05 mm khi phục vụ tăng dày cho đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn và0.1 mm khiphục vụ tăng dày cho đo vẽ bản đồ tỷ lệ trung bình và nhỏ

2

TD kcnn

m

2

BD kcnn

m

Các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp thường được thiết kế đo nối bằngcác phương pháp trắc địa truyền thống nhưng hiện nay công nghệ định vị vệ tinhGPS được sử dụng rộng rãi thay cho phương pháp trắc địa truyền thống

c Yêu cầu về số lượng và phương án bố trí điểm

Số lượng điểm và phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp phụthuộc vào độ chính xác cần đạt của điểm khống chế để phục vụ cho nhiệm vụ đo

vẽ cụ thể Ngày nay, với những phát triển mới của các phương pháp tam giácảnh cho phép nâng cao độ chính xác và hiệu quả của công tác tăng dày, nên sốlượng điểm khống chế ngoại nghiệp được giảm tới mức tối thiểu và phương án

bố trí điểm cũng rất linh hoạt

Hình 1 4 mô tả một vài ví dụ về phương án bố trí điểm khống chế ngoạinghiệp cho công tác tăng dày theo các phương pháp khác nhau

: Điểm khống chế ngoại nghiệp tổng hợp

: Điểm khống chế ngoại nghiệp độ caoHỡnh 1.4 Cỏc phương ỏn bố trớ điểm khống chế ngoại nghiệp

a) Phương ỏn bố trớ điểm KC ảnh ngoại nghiệp cho lưới dải bay;

b) Phương ỏn bố trớ điểm KC ảnh ngoại nghiệp cho lưới khối khụng sử dụngtoạ độ tõm chụp bằng GPS;

c) Phương ỏn bố trớ điểm KC ảnh ngoại nghiệp cho lưới khối cú sử dụng toạ

độ tõm chụp và cú đường bay chặn (xỏc định được liờn kết độ cao giữacỏc dải bay)

d) Phương ỏn bố trớ điểm KC ảnh ngoại nghiệp tối thiểu cho lưới khối cú sửdụng toạ độ tõm chụp xỏc định bằng DGPS và khụng cú đường bay chặn

1.3 Cỏc phương phỏp xõy dựng lưới tam giỏc ảnh khụng gian

Phương phỏp tăng dày là phương phỏp sử dụng cỏc mụ hỡnh lập thể hoặc

cỏc chựm tia để tạo ra một lưới tam giỏc ảnh khụng gian (TGAKG), định hướngchỳng trong hệ tọa độ trắc địa và xỏc định tọa độ trắc địa của tất cả cỏc điểm

khống chế ảnh Phương phỏp tăng dày cũn dược gọi là phương phỏp tam giỏc ảnh khụng gian.

1.3.1.1 Nguyên lý xây dựng lưới TGAKG theo mô hình :

1 Lấy mô hình lập thể làm đơn vị hình học cơ bản để xây dựng lưới Các mô

hình lập thể được xây dựng cơ sở thực hiện điều kiện đồng phẳng của hai véc tơ điểm ảnh cùng tên trên cặp ảnh lập thể Mô hình lập thể có thể được xây dựng

trực tiếp trên các máy đo vẽ toàn năng, mô hình này được gọi là mô hình lập thểtương tự hoặc được xây dựng thông qua việc giải bài toán định hướng tương đốivới các trị đo tọa độ ảnh, mô hình này được gọi là mô hình lập thể giải tích

2 Liên kết các mô hình lập thể thành lưới tam giác ảnh không gian thông qua

việc chuyển đổi hệ tọa độ mô hình lập thể về hệ tọa độ chung của lưới Cơ sởthực hiện quá trình liên kết các mô hình lập thế là các điểm chung trên các môhình kề nhau, trong đó có điểm tâm chiếu (Hình 1.4)

3 Định hướng tuyệt đối lưới trong hệ tọa độ trắc địa và bình sai lưới để xác định

tọa độ trắc địa các điểm khống chế ảnh tăng dày Cơ sở của quá trình địnhhướng tuyệt đối và bình sai lưới là các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp cótrong lưới

 Điểm tâm chiếu

a Các điểm liên kết mô hình

b Lưới TGAKG sau khi liên kết mô hình

Trong đó : - Điểm khống chế tăng dày

- Điểm khống chế ngoại nghiệp

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý xây dựng lưới TGAKG theo mô hình

b Quy trình xây dựng lưới TGAKG theo mô hình :

Lưới TGAKG theo mô hình được xây dựng theo trình tự nhất định Trong

đó, việc thành lập chính xác các mô hình đóng vai trò quyết định độ chính xáccủa kết quả bình sai Phương pháp tam giác ảnh không gian theo mô hình đượcthực hiện theo quy trình công nghệ trong Hình 1 6:

TƯ LIỆU ẢNH

THIẾT KẾ KỸ THUẬT LƯỚI TĂNG DÀY

ĐO TỌA ĐỘ ẢNH CÁC ĐIỂM TĂNG

DÀY VÀ ĐIỂM KCNN

ĐO NỐI KHỐNG CHẾ

NGOẠI NGHIỆP

Hình 1.6 Sơ đồ xây dựng TGAKG theo mô hình

1.3.1.2 Đặc điểm của phương pháp xây dựng TGAKG theo mô hình

1 Lưới tam giác ảnh không gian (TGAKG) có thể được xây dựng từ các loại

mô hình lập thể khác nhau (giải tích hoặc tương từ) với các trị đo là tọa độ môhình của các điểm trong lưới Các trị tọa độ mô hình có thể được đo trực tiếptrên maý toàn năng khi xây dựng mô hình tương tự hoặc được tình từ các tọa độảnh khi xây dựng mô hình giải tích Khi xây dựng mô hình lập thể giải tích chophép loại trừ phần lớn ảnh hưởng của sai số hệ thống đối với tọa độ ảnh trướckhi tính toán xây dựng mô hình nên lưới TGAKG theo mô hình ít chịu ảnhhưởng trực tiếp của các loại số hệ thống của ảnh

2 Lưới tam giác ảnh không gian được xây dựng với cơ sở toán học chặt chẽ nên

có khả năng đạt độ chính xác cao, thỏa mãn yêu cầu công tác đo vẽ bản đồ cácloại tỷ lệ, đặc biệt là tỷ lệ lớn

3 Quy trình công nghệ của phương pháp tương đối đơn giản, dễ thực hiện

4 Khối lượng tính toán tương đối lớn, nhưng quá trình tính toán có thể đượcphân chia thành nhiều công đoạn để thực hiện Đặc biệt, khi lưới tăng dày lớn có

XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO ẢNH VÀ HIỆU CHỈNH CÁC SAI SỐ HỆ THỐNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH LẬP THỂ VÀ TÍNH TỌA ĐỘ MÔ HÌNH

ĐỊNH HƯỚNG TUYỆT ĐỐI VÀ TÍNH TOÁN BÌNH SAI KHỐI LƯỚI

TGAKG

THỐNG KÊ KẾT QUẢ BÌNH SAI VÀ

LƯU TRỮ

thể thành lập các mô hình mở rộng để xây dựng lưới TGAKG để giảm nhỏ khốilượng tính toán.

1.3.1.3 Phương pháp bình sai khối lưới TGAKG theo mô hình

a Mô hình toán học mở rộng

Lưới tam giác ảnh không gian theo mô hình có thể được bình sai theo mô

hình toán học cơ bản hoặc mô hình toán học mở rộng Nhưng mô hình toán học

cơ bản có những nhược điểm sau:

Các trị đo tham gia bình sai lưới tam giác ảnh không gian chỉ có tọa độ

mô hình của các điểm trong lưới, còn tọa độ trắc địa của các điểm khống chếảnh ngoại nghiệp được coi là số liệu gốc không có sai số Vì vậy, khi thành lập

hệ phương trình số hiệu chỉnh của lưới cần phân biệt điểm khống chế ảnh ngoạinghiệp và điểm tăng dày với các trọng số khác nhau

Nếu coi tọa độ mô hình của các điểm tăng dày là có cùng độ chính xác và

có trọng số bằng 1 thì tọa độ mô hình của các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp

có trọng số được xác định như sau:

Trong đó: là sai số trung phương trọng số đơn vị

sai số trung phương của tọa độ trắc địa điểm khống chếngoại nghiệp

Các điểm khống chế ảnh phải là những điểm khống chế tổng hợp (đượcxác định cả mặt phẳng và độ cao) Điều này sẽ bất lợi đối với công tác đo nốikhống chế ảnh ngoại nghiệp, vì yêu cầu mật độ điểm khống chế ảnh độ caothường lớn hơn mật độ điểm khống chế ảnh mặt phẳng

Để khắc phục nhược điểm nêu trên cơ sở mô hình toán học mở rộng sau:

(1.9)

(1.10)

Trong đó :

- Các đại lượng trong công thức (1.9):

véc – tơ số hiệu chỉnh của tọa độ mô hình điểm j trong mô hình i:

ma trận hệ số của véc –tơ ẩn trong mô hình i và được xác định như sau:

= - E nếu điểm j có trong mô hình i

= 0 nếu điểm j không có trong mô hình i

véc tơ số hạng tự do của hệ phương trình số hiệu chỉnh:

= (1.9e)

(Trong đó: , , là trị gần đúng của tọa độ trắc địa của điểm i)

ma trận trong số của tọa độ mô hình điểm j có trong mô hình i:

Pij = (1.9f)

Nếu coi các tọa độ mô hình là các trị đo có cùng độ chình xác, thì = E

- Các đại lượng trong công thức (1.10):

véc –tơ số hiệu chỉnh của các trị đo tọa độ trắc địa các điểm khốngchế ảnh ngoại nghiệp:

Các ma trận được xác định như sau:

 Nếu điểm j là điểm khống chế ngoại nghiệp, thì: = E

 Nếu điểm j không phải là điểm khống chế ngoại nghiệp, thì = 0

véc – tơ số hạng tự do được xác định như sau:

= với = (1 10c)

Trong đó: là tọa độ trắc địa của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp ; X,

Y, Z là tọa độ tăng dày của điểm

P’ ma trận trong số của các trị đo tọa độ trắc địa điểm tăng dày và được xácđịnh như sau:

P’ = (1.10d)

Với các ma trận trong số tương ứng với từng điểm được xác định như sau:

Nếu điểm j là điểm khống chế ngoại nghiệp thì:

O j

j

KCNN j

O

KCNN

m mX PX

- Nếu điểm j không phải là điểm khống chế ngoại nghiệp thì, P = 0 j

Theo nguyên lý bình sai gián tiếp lưới tam giác ảnh không gian, từphương trình số hiệu chỉnh mở rộng (1.9) và (1.10) ta có:

T tx

b Các thuật toán bình sai khối lưới TGAKG

b.1 Thuật toán nghịch đảo ma trận tổng thể

Trong trường hợp lưới TGAKG có kích thước nhỏ, tức là số lượng của ẩn

số không lớn, hệ phương trình chuẩn (1.11) có thể được giải trực tiếp thông quanghịch đảo ma trận chuẩn tổng thể của các véctơ ẩn số y T t x, tức là:

L L L

b.2 Thuật toán chia nhóm ẩn

Đối với khối tam giác ảnh không gian có kích thước lớn, để giảm nhỏkhối lượng tính toán nghịch đảo ma trận chuẩn, có thể tiến hành giải từng nhóm

ẩn thông qua triệt tiêu nhóm ẩn khác, tức là:

1 1

1.3.2 Phương pháp xây dựng lưới TGAKG theo chùm tia

1.3.2.1 Nguyên lý xây dựng lưới TGAKG theo chùm tia

1 Lấy các chùm tia của các ảnh đơn làm đơn vị hình học cơ bản để xâydựng lưới tam giác ảnh không gian Các chùm tia của ảnh đơn sẽ đượcphục hồi bằng các nguyên tố định hướng trong của nó và được xác định vịtrí tương ứng với lúc chụp ảnh bằng các nguyên tố định hướng ngoàithông qua quá trình xây dựng và bình sai lưới tam giác ảnh không gian

2 Vị trí của các điểm tăng dày được xác định theo nguyên lý giao hội củacác tia chiếu cùng tên trong các chùm tia đã được xây dựng trong lưới tamgiác ảnh không gian(Hình 1 7) Quá trình giao hội của các tia chiếu cùngtên được thực hiện dưới điều kiện đồng phương của vector điểm ảnh vàvector điểm vật tương ứng

3 Tọa độ trắc địa cảu các điểm tăng dày sẽ được xác định thông qua bàitoán định hướng tuyệt đối lưới trong hệ tọa độ trắc địa và bình sai lướitrên cơ sở các điểm khống chế ngoại nghiệp có trong lưới

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý xây dựng lưới TGAKG theo chùm tia

Điểm khống chế ảnh tăng dàyĐiểm khống chế ảnh ngoại nghiệp

1.3.2.2 Quy trình công nghệ của phương pháp TGAKG theo chùm tia:

Phương pháp thành lập lưới TGAKG theo chùm tia khác với phương phápthành lập lưới TGAKG theo mô hình Trong quy trình thành lập lưới TGAKGtheo chùm tia thì quá trình bình sai được thực hiện trực tiếp trên trị đo tọa độảnh Còn đối với phương pháp TGAKG theo mô hình được thành lập dựa trêntọa độ điểm mô hình, sẽ tồn tại các sai số tích lũy khi xây dựng mô hình Trongphương pháp TGAKG theo chùm tia các sai số hệ thống trong quá trình đo ảnhcần được hiệu chỉnh trực tiếp vào tọa độ đo ảnh của từng điểm ảnh Quy trìnhcông nghệ của phương pháp TGAKG theo chùm tia được thể hiện trong Hình

Hình 1.8 Sơ đồ quy trình thành lập lưới TGAKG theo chùm tia

1.3.2.3 Đặc điểm của phương pháp TGAKG theo chùm tia

1 Phương pháp tam giác ảnh không gian theo chùm tia được xây dựng trên cơ

sở toán học chặt chẽ với quan hệ trực tiếp giữa trị đo tọa độ ảnh với các tọa

độ trắc địa các điểm tăng dày nên có khả năng đạt độ chính xác cao, thỏa

THỐNG KẾ KẾT QUẢ BÌNH SAI

VÀ LƯU TRỮ

XỬ LÝ SỐ LIỆU Chuyển đổi số liệu đo từ hệ tọa độ máy về hệ tọa độ mấu khung Chuyển các trị đo về trị tọa độ ảnh

đơn (, ; , ) Hiệu chỉnh sai số hệ thống của tọa

độ ảnh

mãn các yêu cầu về điểm khống chế ảnh cho công tác đo vẽ bản đồ địa hình

và bản đồ địa chính tỷ lệ lớn và cực lớn

2 Lưới tam giác ảnh không gian theo chùm tia được xây dựng trực tiếp từ cácchùm tia nên độ chính xác của lưới chịu ảnh hưởng trực tiếp của các sai số hệthống của ảnh Vì vậy, việc xác định chính xác và đầy đủ các loại sai số hệthống của ảnh và quy luật ảnh hưởng của nó đối với điểm ảnh để hiệu chỉnhvào tọa độ ảnh các điểm tăng dày trước khi tính toán xây dựng lưới có ýnghĩa quan trọng để nâng cao độ chính xác của lưới tam giác ảnh không gian

3 Phương pháp tam giác ảnh không gian theo chùm tia có khối lượng tính toánlớn vì cần phải tính toán các trị gần đúng của các đại lượng cần xác định, tức

là nguyên tố định hướng ngoài của ảnh và tọa độ trắc địa của các điểm tăngdày

1.3.2.4 Phương pháp bình sai khối lưới TGAKG theo chùm tia

a.Mô hình toán học mở rộng của phương pháp chùm tia

Lưới TGAKG theo chùm tia được xây dựng dựa trên cơ sở phục hồi vị trícác chùm tia như lúc chụp ảnh và lợi dụng sự giao nhau của các tia chiếu củađiểm ảnh cùng tên trên các ảnh đơn để xác định tọa độ thực địa của các điểmtăng dày

Phương pháp bình sai khối lưới TGAKG theo chùm tia được thực hiệntheo nguyên lý bình sai gián tiếp và trị đo tọa độ ảnh và các trị đo tọa độ trắc địacủa các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp với hệ phương trình số hiệu chỉnhsau:

(1.14)

Trong đó

v là véc-tơ số hiệu chỉnh của các trị đo tọa độ ảnh

= với =( ) (1.14a)

Với =( , ) là vécto số hiệu chỉnh tọa độ ảnh của điểm j trên ảnh i

t- là véc-tơ số hiệu chỉnh của các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh:

Các phần tử của ma trận được xác định theo các công thức sau với

điều kiện ảnh chụp có các góc nghiêng nhỏ, nhưng góc xoay k lớn, thì hệ

số của hệ phương trình số hiệu chỉnh trị đo tọa độ ảnh có thể xác định theo côngthức sau:

C= (1.14f)

Các ma trận phần tử của ma trận C được xác định như sau:

 Nếu điểm j được đo trên ảnh i thì =

 Nếu điểm j không đo trên ảnh i thì

L là vecto số hạng tự do của hệ phương trình số hiệu chỉnh các trị đo tọa

P’ là ma trận trọng số của các trị đo tọa độ trắc địa điểm khống chế ảnh ngoạinghiệp và được xác định theo công thức (1.10e)

Để xác định các vecto ẩn t và x từ hệ phương trình số hiệu chỉnh (1.14)thành lập hệ phương trình chuẩn theo nguyên lý bình sai gián tiếp:

với =

Nếu điểm j không có trên ảnh i thì như vậy, trong ma trận sẽ có

nhiều ma trận phần tử bẳng 0 Quy luật xuất hiện của các ma trận phần tử bằng 0phụ thuộc vào việc sắp xếp thứ tự (đánh số ký hiệu ) của ảnh và điểm tăng dày

với (1.15d)

b Các thuật toán bình sai khối lưới TGAKG

b.1.Thuật toán bình sai theo phương pháp tiệm tiến

Từ hệ phương pháp trình chuẩn (1.15) có thế lần lượt giải các véc-tơ ẩn nhưsau:

(1.16)

Từ các biểu thức trên có thể thấy: để xác định vecto ẩn t cần phải sử dụngcác trị của vecto ẩn x và ngược lại Do đó có thể đạt được độ chính xác cầnthiết của trị bình sai các ẩn, nhất thiết phải thực hiện quá trình tính tiệm tiếndần, trong đó lần tính sau phải sử dụng kết quả của lần tính trước Quá trìnhnày được biểu diễn như sau:

(1.17)

Trong đó: k là số lần tính tiệm tiến

Quá trình tính sẽ dừng lại khi:

(1.18)

Trong đó

là hạn sai cho phép của các trị bình sai thuộc vecto ẩn t

là hạn sai cho phép của các trị bình sai thuộc vecto ẩn x

Từ đặc điểm cấu trúc của các ma trận hệ số phương trình chuẩn (1.16) ,công thức tính trị bình sai của các ẩn theo thuật toán thay thế dần có thể triểnkhai như sau:

) (1.19)

)

Trong các công thức trên, các ma trận , , và các vecto ,được tính theo các công thức tương ứng (1.15)

(2.2)

Trong đó: là lượng thông tin tối đa được lưu trữ ( = =256)

Trong trường hợp nếu các giá trị độ xám thành phần và các biến tọa độmặt phẳng của điểm ảnh được số hóa thành các tín hiệu rời rạc thì ảnh số là mộttập hợp các pixel theo một ma trận giá trị độ xám có n cột và m hàng Các phần

tử của ma trận ảnh số là những điểm ảnh rời rạc với tọa độ của nó được xác định

bằng một số nguyên dương nằm giữa (1 hàng, tức là:

1

Tọa độ của một điểm trên ảnh số sẽ được xác định theo:

=

Trong đó: i = 0, 1, 2, ,n-1

J = 0, 1, 2, ,m-1

là khoảng cách lấy mẫu trên hướng x và hướng y, thông thường

Độ xám của ảnh sẽ được lấy mẫu và sắp xếp theo ma trận độ xám sau:

Sự chuyển đổi tử cách mô tả liên tục sang mô tả rời rạc của ảnh được gọi

là lượng tử hóa ảnh, hay còn gọi là số hóa ảnh

Qúa trình lượng tử hóa ảnh liên quan đến việc lượng tử hóa độ phân giảitheo vị trí tọa độ (x,y) của điểm ảnh P(x,y) và lượng tử hóa giá trị độ xám củaphần tử ảnh (pixel)

a Lượng tử hóa độ phân giải của ảnh