TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ NGUYỄN VĂN LONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI UAV THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ KHÔNG GIAN 3 CHIỀU
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
NGUYỄN VĂN LONG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV) THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ KHÔNG GIAN 3 CHIỀU, THỬ NGHIỆM TẠI
XÃ VẬT LẠI, HUYỆN BA VÌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Hà Nội, 2016
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
NGUYỄN VĂN LONG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV) THÀNH
LẬP BẢN ĐỒ SỐ KHÔNG GIAN 3 CHIỀU, THỬ NGHIỆM TẠI
XÃ VẬT LẠI, HUYỆN BA VÌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Trắc Địa – Bản Đồ
Mã ngành: D520503
NGƯỜI HƯỚNG DẪN : Th.S VŨ PHAN LONG
Hà Nội, 2016
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Chặng đường đi tới hoàn thành đồ án tốt nghiệp của em ngày hôm nay là một chặng đường dài Trong suốt chặng đường ấy, bên cạnh em luôn có gia đình, thầy
cô, bạn bè, những người yêu thương đã dành cho em sự quan tâm, động viên và những chỉ dẫn quý báu
Với lòng biết ơn chân thành, trước hết em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô
đã giảng dạy em trong bốn năm học qua, những kiến thức mà em nhận được trên giảng đường sẽ là hành trang giúp em vững bước trong tương lai
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới ThS Vũ Phan Long, Cục bản đồ/Bộ Tổng Tham Mưu, người đã nhiệt tình chỉ bảo, dẫn dắt, giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình hoàn thành đồ án này
Mặc dù em đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án không thể tránh được những sai sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các quý thầy
cô cùng các bạn đồng nghiệp để đồ án và kiến thức của em sẽ được hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2016
Sinh Viên
Nguyễn Văn Long
Trang 4Mục lục
MỞ ĐẦU 1
Tính cấp thiết của đề tài 1
Mục tiêu và nội dung 1
Phương pháp nghiên cứu 2
Kết quả và ý nghĩa của đề tài 2
Kết cấu đồ án 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 3
1.1 Tổng quan nghiên cứu về thành lập bản đồ 3D 3
1.1.1 Một số khái niệm cơ bản 3
1.1.2 Nội dung cấu trúc và đặc điểm của bản đồ 3D 4
1.2 Thiết bị bay không người lái trong thành lập bản đồ 3D 14
1.2.1 Những đặc tính cơ bản của thiết bị bay không người lái 14
1.2.2 Một số thiết bị bay không người lái trong thành lập bản đồ 3D 15
1.3 Một số ứng dụng của bản đồ số 3D và ứng dụng của UAV 17
1.3.1 Ứng dụng của bản đồ số 3D 17
1.3.2 Ứng dụng của thiết bị bay không người lái (UAV) 19
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH BẰNG UAV 21
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ 3D 21
2.1 Các phương pháp xây dựng bản đồ 3D truyền thống 21
2.1.1 Các phương pháp tạo ảnh nổi 3D 21
2.1.2 Thành lập mô hình bản đồ địa hình 3D từ các nguồn ảnh viễn thám 23
2.2 Các nguồn dữ liệu thành lập bản đồ 3D 24
2.3 Các phần mềm xây dựng và hiển thị bản đồ số 3D 28
2.3.1 Microstation 28
2.3.2 AutoCad Nova Point Vitual Mapper 1.8 29
2.3.3 Multigen Creator Ver 3.0 30
2.3.4 Arcscene 9.3 30
2.3.5 Google Sketchup 31
Trang 52.3.6 Postflight Terra 3D (powed by Pix4Dmapper) 32
2.3.7 Skyline 33
2.4 Phương pháp xây dựng bản đồ 3D bằng máy bay không người lái 34
2.4.1 Thiết kế bay 34
2.4.2 Làm mốc, đo khống chế ảnh ngoại nghiệp 37
2.4.3 Bay chụp ảnh 38
2.4.4 Kiểm tra nhanh tại thực địa 39
2.4.5 Tính toán xử lí nội nghiệp 39
2.4.6 Sản phẩm 40
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG BẢN ĐỒ 3D 41
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TẠI XÃ VẬT LẠI, 41
HUYỆN BA VÌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI 41
3.1 Giới thiệu vị trí, tình hình khu đo 41
3.1.1 Vị trí địa lý 41
3.1.2 Địa hình 41
3.1.3 Cơ sở hạ tầng 42
3.2 Công nghệ phần mềm hỗ trợ, phục vụ thành lập bản đồ số 3D khu vực thực nghiệm 42
3.2.1 Phần mềm Postflight Terra 3D 42
3.2.2 Bộ ký hiệu bản đồ 3D 43
3.3 Quy trình thành lập bản đồ số 3D bằng UAV tại xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội 45
3.3.1 Thông số kĩ thuật khu đo 45
3.3.2 Thực hành tính toán và xử lí số liệu 46
3.3.3 Số hóa nội dung bản đồ 51
3.3.4 Kết quả thực nghiệm 55
3.4 So với phương pháp bay chụp có người lái 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 59
Trang 6DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Trang 7DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các nguồn dữ liệu đầu vào và khả năng đóng góp trong xây dựng nội dung bản đồ 3D 25 Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật khu đo thực nghiệm 46 Bảng 3.2 So sánh sự khác nhau giữa phương pháp bay có người lái và UAV 56
Trang 8DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cấu trúc của mô hình bản đồ3D 5
Hình1.2 DEM và mô hình cấu trúc dạng TIN 7
Hình 1.3 Cấp độ chi tiết (LoD) đối với các đối tượng nhà, khối nhà 10
Hình 1.4 Mô hình Wireframe 12
Hình 1.5 Môhình Surface 13
Hình 1.6 Mô hình Solid 13
Hình 1.7 Bản đồ 3D nhiều mức độ chi tiết 14
Hình 1.8 Thiết bị Microdrone MD4-1000 15
Hình 1.9 Thiết bị UAV Trimble UX5 16
Hình 1.10 Thiết bị Swinglet- CAM 17
Hình 2.1 Bản đồ phối cảnh của Jerusalem, 1928 21
Hình 2.2 Quy trình thành lập bản đồ số 3D từ thiết bị bay không người lái 34
Hình 2.3 Sơ đồ thiết kế bay để thành lập bản đồ 2D 35
Hình 2.4 Thiết kế tuyến bay đôi 35
Hình 2.5 Sơ đồ thiết kế bay thành lập bản đồ 3D 36
Hình 2.6 Thiết kế bay tòa nhà 3D 37
Hình 2.7 Sơ đồ thiết kế bay cột điện 37
Hình 3.1 Các mô hình địa vật 44
Hình 3.2 Các biểu tượng bản đồ số 3D 44
Hình 3.3 Ảnh cấu trúc bản đồ số 3D 45
Hình 3.4 Ký hiệu thực vật 45
Hình 3.5 Ảnh gốc khu vực thực nghiệm 46
Hình 3.6 Thao tác tạo Project 47
Hình 3.7 Thao tác load Project 47
Hình 3.8 Chọn file điểm khống chế GCP 48
Hình 3.9 Thao tác chọn vị trí GCP 48
Hình 3.10 Kết quả nhập điểm khống chế GCP 49
Hình 3.11 Kết quả tính toán tăng dày 49
Hình 3.12 Ảnh mô hình số bề mặt 50
Hình 3.13 Ảnh đã qua quá trình nắn trực giao 50
Hình 3.14 Thao tác tạo mô hình 3D 51