ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ DƯƠNG THÚY HẰNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢI ĐOÁN ẢNH HÀNG KHÔNG KỸ THUẬT SỐ PHỤC V
Trang 1ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
DƯƠNG THÚY HẰNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM
ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢI ĐOÁN ẢNH
HÀNG KHÔNG KỸ THUẬT SỐ PHỤC VỤ THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 1: 10.000
HÀ NỘI – 2015
Trang 2ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
DƯƠNG THÚY HẰNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM
ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢI ĐOÁN ẢNH
HÀNG KHÔNG KỸ THUẬT SỐ PHỤC VỤ THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 1: 10.000
Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
Mã ngành: D520503
NGƯỜI HƯỚNG DẪN : ThS ĐỖ THỊ HOÀI
HÀ NỘI - 2015
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong đồ án này là đúng sự thật và chưa từng được công bố trong bất
kì công trình nào khác
Tác giả
Dương Thúy Hằng
Trang 4MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KỸ THUẬT VIỄN THÁM PHỤC VỤ CHO THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 3
1.1 Khái niệm về ảnh số 3
1.2 Tiền xử lý ảnh viễn thám 4
1.2.1 Hiệu chỉnh bức xạ 4
1.2.2 Hiệu chỉnh hình học ảnh viễn thám 5
1.3 Trộn ảnh 12
1.4 Tăng cường chất lượng ảnh 13
1.4.1 Biến đổi cấp độ xám 13
1.4.2 Các phép biến đổi giữa các ảnh 14
1.4.3 Phân tích thành phần chính 14
1.4.4 Phân tích cấu trúc 15
1.5 Phân loại ảnh 16
1.5.1 Định nghĩa phân loại ảnh viễn thám và nguyên lý phân loại 16
1.5.2 Các phương pháp phân loại ảnh viễn thám 18
1.5.3 Một số thuật toán thường sử dụng trong phân loại: 18
1.6 Nghiên cứu một số phương pháp xử lý phổ trong ảnh hàng không kỹ thuật số 20
1.6.1 Bức xạ thu nhận trong cảm biến hàng không 20
1.6.2 Xử lý phổ bằng phương pháp tỷ số băng ảnh 22
1.6.3 Phương pháp tổ hợp kênh phổ 24
CHƯƠNG 2: BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH VÀ CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐOÁN ĐỌC ĐIỀU VẼ 27
2.1 Bản đồ địa hình 27
2.1.1 Khái niệm về bản đồ địa hình 27
2.1.2 Cơ sở toán học 28
2.1.3 Nội dung của bản đồ địa hình 32
2.1.4 Độ chính xác của bản đồ địa hình 36
2.1.5 Phương pháp thành lập bản đồ địa hình 37
2.1.6 Yêu cầu chung 41
2.2 Các vấn đề chung về đoán đọc điều vẽ 41
2.2.1 Khái niệm chung 41
2.2.2 Các chuẩn đoán đọc điều vẽ 42
2.2.3 Phương pháp đoán đọc điều vẽ 48
Trang 52.2.4 Đoán đọc điều vẽ các yếu tố nội dung của bản đồ 54
CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 61
3.1 Khái quát khu vực nghiên cứu 61
3.1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên 61
3.1.2 Đặc điểm dân cư, kinh tế xã hội 61
3.2 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không kỹ thuật số và phân tích quy trình 62
3.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 62
3.2.2 Phân tích quy trình công nghệ 63
3.3 Kết quả thực nghiệm 63
3.3.1.Trộn ảnh 63
3.3.2 Thực nghiệm phân loại 64
3.3.3 Kết quả nội dung biên tập 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
Trang 6DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
1 RFCs (rational function coefficient) : hệ số hàm hữu tỷ
2 RFC: mô hình hàm hữu tỷ
3 DEM (Digital elevation Model) : mô hình số độ cao
4 RGB (Red-Green-Blue): hệ màu Đỏ-Lục-Lam
5 PCA (Principal Components Analysis): phân tích thành phần chính
6 NDVI (normalized difference vegetation index): chỉ số thực vật
7 RVI (Radio Vegetation Index): tỷ số chỉ số thảm thực vật
8 NIR (near infrared): là kênh cận hồng ngoại
9 R (Red): là kênh nhìn thấy màu đỏ
10 VCI (vegetation condition index): chỉ số trạng thái thực vật
11 IPVI (infrared percentage vegetation index): chỉ số tỷ lệ phần trăm hồng ngoại thảm thực vật
12 PAN (Panchromatic): kênh toàn sắc
Trang 7DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Định nghĩa các lớp và tách các đặc trưng của vùng mẫu 17
Hình 1.2 Bản chất hình học của phân loại hình hộp 19
Hình 1.3 Nguyên lý phân loại theo khoảng cách ngắn nhất 19
Hình 2.1 Sơ đồ một số loại cấu trúc hình ảnh thường gặp 48
Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 62
Hình 3.2 Quy trình thực hiện 64
Hình 3.3 Lấy mẫu theo ảnh thực hiện trên phần mềm Envi 67
Hình 3.4 Kết quả phân loại trên phần mềm Envi 67
Hình 3.5 Cơ sở khu vực thực nghiệm 68
Hình 3.6 Giao thông khu vực thực nghiêm 69
Hình 3.7 Dân cư khu vực thực nghiệm 69
Hình 3.8 Địa hình khu vực thực nghiệm 70
Hình 3.9 Ranh giới khu vực thực nghiệm 70
Hình 3.10 Thủy hệ khu vực thực nghiệm 71
Hình 3.11 Thực vật khu vực thực nghiệm 72
Trang 8DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Giá trị tham khảo của phản xạ quang phổ của bề mặt khác nhau 22 Bảng 2.1.Sai số trung bình về độ cao đường bình độ 37 Bàng 3.1 Các nhóm định phân loại và xác định vùng mẫu trên ảnh 66
Trang 91
LỜI NÓI ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, công nghệ đo vẽ bản đồ điạ hình bằng công nghệ ảnh hàng không chụp ảnh tương tự (analog) bắt đầu được phát triển từ những năm 1995 Tuy nhiên khi thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh này phải qua nhiều công đoạn xử lý như: xử lý tráng rửa phim ảnh, quét phim chuyển ảnh tương tự sang ảnh số Sau đó là quá trình sử
lý tăng dày, đo vẽ trên trạm ảnh số, tạo mô hình số địa hình nắn ảnh và cuối cùng là số hóa biên tập bản đồ Rõ ràng là quá trình xử lý qua nhiều công đoạn gây ra những sai
số không mong muốn trong quá trình thành lập bản đồ địa hình
Đến năm 2007, sự ra đời của công nghệ chụp ảnh số hàng không đã hoàn toàn thay thế cho chụp ảnh tương tự (analog) trước đây Máy chụp ảnh hàng không có những
ưu điểm là có hệ thống dẫn đường, định vị GNSS/INS dẫn đến công tác tăng dày khống chế ảnh không cần số lượng điểm khống chế ảnh nhiều như công nghệ xử lý ảnh bán số
Do đó sẽ giảm được chi phí sản xuất, có hệ thống nâng cao độ chính xác và giảm thời gian thi công đáng kể Đặc biệt ảnh chụp được bởi công nghệ ảnh số hàng không là ảnh
đa phổ (ảnh đen trắng, và ảnh đa phổ) Với ảnh đa phổ thì ngoài kênh G, R, B (Green, Red, Blue) còn có thêm kênh cận hồng ngoại (NiR)
Vì là ảnh đa phổ nên ta có thể áp dụng được các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám để trợ giúp được cho công tác giải đoán ảnh nội nghiệp Đây cũng là một yếu tố giúp nâng cao chất lượng và làm giảm chi phí sản xuất trong việc thành lập bản đồ địa hình theo
công nghệ toàn số Do đó em chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật viễn thám
để nâng cao hiệu quả giải đoán ảnh hàng không kỹ thuật số phục vụ thành lập bản
đồ địa hình tỷ lệ 1:10000”
2 Mục tiêu đề tài
Sử dụng kỹ thuật viễn thám để nâng cao hiệu quả giải đoán ảnh hàng không kỹ thuật số phục vụ thành lập bản đồ địa hình 1:10.000
3 Nội dung nghiên cứu
- Thu thập tiếp cận các tài liệu, phần mềm liên quan tới đồ án;
- Nghiên cứu các kỹ thuật viễn thám;
- Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật và các quy định về đoán đọc điều vẽ;
- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật viễn thám để nâng cao hiệu quả giải đoán áp dụng cho ảnh hàng không kỹ thuật số
Trang 102
4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kế: thu thập tổng hợp các thông tin và tài liệu liên quan;
- Phương pháp phân tích: xử lý logic các tài liệu và giải quyết vấn đề đặt ra;
- Phương pháp chuyên gia: học hỏi các chuyên gia trong ngành;
- Phương pháp thực nghiệm: tiến hành thử nghiệm làm sáng tỏ cơ sở lý thuyết
5 Cấu trúc đồ án
Chương 1: Nghiên cứu một số kỹ thuật viễn thám
Chương 2: Bản đồ địa hình và các vấn đề chung về đoán đọc điều vẽ
Chương 3: Quy trình công nghệ và kết quả thực nghiệm
7 Lời cảm ơn
Hoàn thành bản đồ án này ngoài những kiến thức đã được trang bị trong thời gian học tập của bản thân, còn có sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Trắc địa – Bản đồ, cùng bạn bè Đặc biệt là sự hướng dẫn đầy tận tình của cô giáo, Thạc sĩ Đỗ Thị Hoài trong suốt quá trình làm đồ án Nhân đây em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy, cô giáo trong khoa, và đóng góp ý kiến của các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện