Đánh giá khả năng sử dụng mô hình số độ cao toàn cầu độ phân giải 1” x 1” trong việc tính toán các số hiệu chỉnh bề mặt đất ở các khu vực rừng núi Việt Nam

Bài báo khoa học này đã chứng minh tiêu chuẩn nêu trên và thực nghiệm đánh giá độ chính xác của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM1 (1” x 1”) dựa trên 89 điểm độ cao hạng I ở Việt Nam. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng đa số các độ chênh giữa các độ cao chỉ ở mức một vài mét, riêng điểm độ cao I(DN-BT)28 có độ chênh lớn nhất bằng 19,577 m, sai sốtrung phương của độ cao từ mô hình SRTM1 ở mức ± 5,480 m.

Trang 1

Nghiên cứu

Ngày nhận bài: 17/7/2017, ngày chuyển phản biện: 19/7/2017, ngày chấp nhận phản biện: 25/7/2017, ngày chấp nhận đăng: 01/8/2017

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO TOÀN CẦU ĐỘ PHÂN GIẢI 1” x 1” TRONG VIỆC TÍNH TOÁN CÁC SỐ HIỆU CHỈNH BỀ MẶT ĐẤT Ở CÁC KHU VỰC

RỪNG NÚI VIỆT NAM

HÀ MINH HÒA ĐẶNG XUÂN THỦY

Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ

Tóm tắt:

Việc sử dụng mô hình số độ cao toàn cầu để tính các số hiệu chỉnh Faye có ưu điểm nổi bật là bao phủ được các khu vực mà ở đó không có các dữ liệu địa hình quốc gia Hiện nay các tổ chức khoa học - công nghệ quốc tế và các nước phát triển sử dụng rộng rãi các

mô hình số độ cao toàn cầu để tính toán các số hiệu chỉnh Faye khi xây dựng các CSDL

dị thường trọng lực toàn cầu hoặc quốc gia Tiêu chuẩn cơ bản để làm điều này là sai số của các chênh cao được xác định từ mô hình số độ cao không được lớn hơn 50 m và các

mô hình số độ cao toàn cầu đáp ứng được yêu cầu này Bài báo khoa học này đã chứng minh tiêu chuẩn nêu trên và thực nghiệm đánh giá độ chính xác của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM1 (1” x 1”) dựa trên 89 điểm độ cao hạng I ở Việt Nam Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng đa số các độ chênh giữa các độ cao chỉ ở mức một vài mét, riêng điểm độ cao I(DN-BT)28 có độ chênh lớn nhất bằng 19,577 m, sai số trung phương của độ cao từ mô hình SRTM1 ở mức ± 5,480 m Do đó mô hình số độ cao toàn cầu SRTM1 hoàn toàn đáp ứng yêu cầu tính toán các số cải chính Faye để xây dựng cơ sở dữ liệu trọng lực

ở Việt Nam.

1 Đặt vấn đề

Việc tính số hiệu chỉnh bề mặt đất (train correction) hay còn được gọi là số hiệu chỉnhFaye vào các giá trị gia tốc lực trọng trường tại các khu vực rừng núi là một trong nhữngnhiệm vụ quan trọng của công tác xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) dị thường trọng lực quốcgia Các phương pháp tính số hiệu chỉnh Faye dựa trên mô hình số độ cao đã được trìnhbày trong tài liệu (Hà Minh Hòa, 2016) Vấn đề đặt ra là việc tính số hiệu chỉnh Faye vàogiá trị gia tốc lực trọng trường tại điểm trọng lự̣c ở khu vực rừng núi đòi hỏi phải sử dụngcác dữ liệu độ cao trong bán kính 200 km Tại các khu vực rừng núi biên giới với các nướcTrung Quốc, Lào chúng ta không có dữ liệu độ cao ở các khu vực bên trong giáp biên củacác nước này Đây là vấn đề khó khăn đang gặp phải trong quá trình xây dựng CSDL dịthường trọng lực ở Việt Nam khi sử dụng mô hình số độ cao quốc gia

Cơ quan Vũ trụ và Hàng không quốc gia (NASA) cùng với Cơ quan Tri thức Địa khônggian quốc gia (NGA, trước đây là NIMA) của Mỹ cùng với các cơ quan vũ trụ của Đức, Italia

đã thành lập mô hình số độ cao toàn cầu của Trái đất dựa trên giao thoa ladar Tàu vũ trụSpace Shuttle Endeavour mang theo thiết bị SRTM được đưa lên vũ trụ từ Trung tâm vũtrụ Kennedy (Florida Mỹ) từ ngày 11/02/2000 và hoàn thành sứ mệnh vào ngày22/02/2000 Thiết bị SRTM bao gồm tập hợp phần cứng radar ảnh vũ trụ - C (Spaceborne

Trang 2

Nghiên cứu

Imaging Radar - C (SIR-C)) được sửa đổi với cột và anten từ trạm vũ trụ tạo thành bộ giaothoa với cạnh đáy dài 60 m Các dữ liệu radar Shuttle được xử lý bởi hệ thống siêu máytính của hệ thống xử lý dữ liệu mặt đất Shuttle (SDPS) tại Phòng Thí nghiệm phản lực(JPL) và được chuyển thành khuôn dạng DTED và được chuyển về NGA Dữ liệu SRTM1

độ phân giải 1” x 1” tương ứng với khuôn dạng DTED2, dữ liệu SRTM3 độ phân giải 3” x3” tương ứng với khuôn dạng DTED1, còn dữ liệu SRTM30 độ phân giải 30” x 30” tươngứng với khuôn dạng DTED0 và tạo ra mô hình số độ cao GTOPO30

Theo các tài liệu (Werner, M., 2001; Pavlis N.K., Factor J.K and Holmes S.A., 2007), từ

11 - 22 tháng 02 năm 2000, dự án thành lập bản đồ địa hình Trái đất từ vũ trụ SRTM đã

đo chụp được vùng lãnh thổ Trái đất từ 560S đến 600N bao phủ 80% phần lục địa của Tráiđất và 90% dữ liệu độ cao có các sai số nằm trong khoảng ± (6 - 10) m Theo kết quả sosánh với CSDL độ cao quốc gia (NED) của Mỹ, theo tài liệu (Smith, B., and D Sandwell,

2003), SRTM và NED có cùng các bước sóng lớn hơn 200 m, tuy nhiên NED phù hợp hơn

SRTM ở các bước sóng nhỏ hơn 350 m Sai số trung phương của các hiệu độ cao giữaSRTM và NED ở mức ± 5,7 m Theo đánh giá trong tài liệu (Tighe M.L and ChamberlainD., 2009), độ chính xác của độ cao từ SRTM trên một số khu vực thử nghiệm ở nước Mỹ

ở mức ± 15,27 m

Khi so sánh các mô hình SRTM3 và GTOPO30 với DEM độ phân giải 1’ x 1’ của Đức,theo tài liệu (Denker, H., 2004), SRTM3 có độ lệch chuẩn 7,9 m, còn GTOPO30 có độ lệchchuẩn 6,8 m

Hiện nay độ chính xác của gia tốc lực trọng trường nhận được từ các kết quả đo đạctrọng lực mặt đất, hàng không nằm ở mức ± 1 mGal Khi tính đến các sai số của các môhình số độ cao DEM, ở nước Mỹ đã đưa ra tiêu chuẩn độ chính xác của dị thường trọnglực ở mức ± 5,1 mGal khi xây dựng các CSDL dị thường trọng lực quốc gia và toàn cầu,

mà trong đó sai số trung phương của dị thường trọng lực chủ yếu được gây ra do sai sốcủa độ cao trong quá trình giải quyết bài toán quy chiếu trọng lực Hạn sai của dị thường

trọng lực ± 15,3 mGal Khi lưu ý gradient của gia tốc lực trọng trường chuẩn 0,3086 mGal/m, sai số của độ cao ở mức ± 15,3/ 0,3086 = ± 50 m Do đó hạn sai của độ cao trong

mô hình số độ cao ở mức ± 50 m (Tscherning, C.C., and Richard H Rapp, 1974; Roman,

D R., Y.M Wang, J Saleh, X Li, W Waickman, 2009)

Trong tài liệu (Jekeli, C., H.J Yang, and J H Kwon, 2009) khi nhận độ phân giải 2’ x 2’của CSDL dị thường trọng lực ở Hàn Quốc với việc sử dụng mô hình số độ cao toàn cầuETOPO2 (2” x 2”) để mô hình hóa các giá trị dị thường trọng lực ở các mức độ chính xáckhác nhau và đã cho đánh giá độ chính xác của độ cao geoid phụ thuộc vào độ chính xáccủa dị thường trọng lực (xem bảng 1 ở dưới đây)

Trang 3

Nghiên cứu

cao geoid) ở mức ± (2 – 3) cm

Hiện nay các mô hình số độ cao toàn cầu được sử dụng rộng rãi để tính toán các giátrị dị thường trọng lực ở các nước trên thế giới Theo các tài liệu (Roman, D R., Y.M.Wang, J Saleh, X Li, W Waickman, 2009; Roman, D R., Y.M Wang, J Saleh, X Li,2010), mô hình độ cao geoid USGG2009 độ phân giải 1’ x 1’ của nước Mỹ bao phủCONUS, Hawaii, Guam, đảo Mariana Bắc, Samoa thuộc Mỹ, Puerto Rico, đảo Virgin thuộc

Mỹ và được xây dựng dựa trên CSDL dị thường RTM với việc sử dụng mô hình EGM2008,

mô hình số độ cao SRTM – DTED1 độ phân giải 3” x 3”

Theo các tài liệu (Krynski, J., and A Lyszkowicz, 2006; Godah, W., M Szelachowska,

J Krynski,2014), ở Ba Lan đã sử dụng các mô hình số độ cao toàn cầu DTED3 (3” x 3”)

và SRTM3 (3” x 3”) để tính các số hiệu chỉnh Faye

Theo tài liệu (Hirt C., 2011) ở Liên bang Đức đã sử dụng mô hình số độ cao toàn cầuSRTM3 để tính toán dị thường RTM và các số hiệu chỉnh Faye

Như vậy các mô hình số độ cao toàn cầu được sử dụng rộng rãi ở các nước để tínhcác số hiệu chỉnh Faye và dị thường trọng lực RTM Vậy nẩy sinh câu hỏi: đối với mô hìnhsố độ cao toàn cầu sai số của các hiệu độ cao (các chênh cao) đến 50 m có ảnh hưởngđến việc tính các số hiệu chỉnh Faye hay không ? Trả lời câu hỏi này sẽ xác định được cơ

sở khoa học của việc sử dụng các mô hình số độ cao toàn cầu để tính các số hiệu chỉnhFaye trong quá trình xây dựng CSDL dị thường trọng lực ở Việt Nam và là mục đích củabài báo khoa học này

2 Giải quyết vấn đề

Sai số trung phương của dị thường trọng lực Faye được đánh giá theo công thức

ở đây - sai số trung phương của dị thường không khí tự do,

- sai số trung phương của số hiệu chỉnh Faye Theo nguyên tắc nhỏ bỏ qua, sai sốtrung phương của số hiệu chỉnh Faye được nhận bằng

Khi nhận sai số trung phương của số hiệu chỉnh Faye phải thỏamãn điều kiện Như vậy khi tính toán số hiệu chỉnh Faye, các sai sốthành phần được gây ra bởi các sai số của mô hình số độ cao không được lớn hơn 0,333mGal

Không mất tính chất chung, với mục đích đánh giá ước tính chúng ta coi các ô chuẩncủa mô hình số độ cao được bố trí theo dải hình vành khuyên như trên hình 1, thêm vào

đó kích thước của các ô chuẩn hình vuông là 30 m (tương ứng với mô hình số độ cao độ

phân giải 1” x 1”) Khi đó theo hướng bán kính - vectơ từ điểm trọng lực P, bán kính a i = 30.i (đơn vị mét), hiệu của hai bán kính - vectơ a i+1 - a i = 30m Nằm giữa hai vành khuyên bán kính a i và bán kính a i+1có tất cả ô chuẩn Do bán kính tính sốhiệu chỉnh Faye xung quanh điểm trọng lực P là 200 km, nên theo hướng bán kính - vectơ

Trang 4

Khi ký hiệu là chênh cao chính xác từ ô chuẩn thứ j nằm giữa hai hình vành khuyên

với các bán kính a i và a i+1, là sai số lớn nhất của chênh cao, chênh cao

Khi đó công thức (2) lại có dạng mới:

(3)

Thành phần đầu tiên ở vế phải của công thức (3) là giá trị chính xác của số hiệu chỉnhFaye, còn các thành phần thứ hai và thứ ba ở vế phải của công thức (3) là các sai số của

số hiệu chỉnh Faye do sự tồn tại sai số trong các chênh cao giữa các ô chuẩn của mô hình

số độ cao so với điểm P

Chúng ta nghiên cứu thành phần thứ hai ở vế phải của công thức (3) Lưu ý a i = 30.i

chúng ta có:

Trang 5

ở đây với các giá trị tới hạn n = 6667, đại lượng B icó dạng:

Do < ln(n) = 8,804925, nên B(6) < 0,0123 mGal và nhỏ hơn rất nhiều so với hạn

sai 0,333 mGal Do đó sai số B là số nhỏ bỏ qua

Các chứng minh ở trên cho thấy rằng các thành phần thứ hai và thứ ba trong công thức(3) được coi là nhỏ bỏ qua khi tính số hiệu chỉnh Faye khi sai số giới hạn của chênh cao

có thể đạt tới 50 m Điều này cũng lý giải cho việc sử dụng các mô hình số độ cao độ phângiải cao toàn cầu để tính các số hiệu chỉnh Faye ở các nước trên thế giới

Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đã thu thập được mô hình số độ cao SRTM1 (1” x 1”)

từ Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ NASA theo địa chỉ Website của Phòng Thí nghiệm OakRudge (Oak Ridge National Laboratory – ORNL) thuộc Trung tâm Lưu trữ Phân phối Tíchcực đối với động lực học địa hóa sinh (Distributed Active Archive Center for biogeochemi-

Trang 6

Nghiên cứu

cal dynamics – DAAC):

https://lpdaac.usgs.gov/nasa_shuttle_radar_topography_mission_srtm_global_1_arc_second_data_re

Mô hình số độ cao SRTM1 được kiểm tra trên 89 điểm độ cao hạng I quốc gia phân bốđều trên lãnh thổ Việt Nam Do các độ cao từ mô hình SRTM1 (1” x 1”) được xácđịnh tương ứng với mặt geoid toàn cầu có thế trọng trường

được sử dụng trong mô hình trọng trường Trái đất EGM96, nên các độ cao quốc giacủa các điểm độ cao hạng I trong hệ độ cao quốc gia HP72 ở Việt Nam được chuyển vềmặt geoid toàn cầu với thế trọng trường theo công thức sau:

Các kết quả đánh giá so sánh các độ cao quốc gia trên 89 điểm độ cao hạng Iđược chuyển từ mô hình SRTM1 với các độ cao quốc gia của 89 điểm độ cao hạng I đượctrình bày bảng 2

Bảng 2

STT

i Tên điểm

Vĩ độ (WGS84)

0 ‘ “

Kinh độ (WGS84)

0 ‘ “

Độ cao chuẩn từ SRTM 1” x 1”

Độ chênh di(m)

Trang 8

Mức sai số trung phương của các chênh cao được xác định cũng phù hợp với các đánhgiá quốc tế được trình bày ở mục 1.

Từ bảng 2 chúng ta thấy chỉ có điểm độ cao I(DN-BT)28 có độ chênh lớn nhất bằng19,577 m Đại đa số các độ chênh trong bảng 2 có độ lớn khá nhỏ chỉ ở mức một vài mét

Trang 9

Nghiên cứu

Điều này cho thấy rằng các hiệu dH giữa các điểm trên lãnh thổ Việt Nam được xác định

từ mô hình số độ cao toàn cầu SRTM1 có giá trị luôn nhỏ hơn mức cho phép 50 m vàchúng ta hoàn toàn có thể sử dụng mô hình SRTM1 để tính các số hiệu chỉnh Faye trongquá trình xây dựng CSDL dị thường trọng lực quốc gia ở Việt Nam

Các kết quả nội suy độ cao từ 04 đỉnh của ô chuẩn của mô hình số độ cao toàn cầuSRTM 1” x 1” theo các phương pháp nội suy song tuyến, tuyến tính và Lagrange trên 02điểm độ cao hạng I là I(BH-TH)5 và I(VL-HT) 17 cho thấy các phương pháp nội suy song

tuyến, tuyến tính cho các kết quả nội suy độ cao tin cậy hơn cả (xem bảng 3).

± 5,480 m Điều này đảm bảo các hiệu dH giữa các điểm trên lãnh thổ Việt Nam được xácđịnh từ mô hình số độ cao toàn cầu SRTM1 có giá trị luôn nhỏ hơn mức cho phép 50 m

Do đó việc sử dụng mô hình số độ cao toàn cầu SRTM1để hiệu chỉnh các giá trị gia tốclực trọng trường ở các khu vực rừng núi Việt Nam hoàn toàn khả thi và đáp ứng đầy đủcác yêu cầu hiện đại của việc xây dựng CSDL dị thường trọng lực quốc gia ở Việt Nam.m

Tài liệu tham khảo

[1] Denker, H., 2004 Evaluation of SRTM and GTOPO30 Terrain Data in Germany In:

C Jekeli, L Bastos, J Fernandes (eds.): Gravity, Geoid and Space Missions GGSM 2004,IAG International Symposium, Porto, Portugal, August 30 –September 3, 2004,International Association of Geodesy Symposium, Vol 129, pp 218 – 223

[2] Godah, W., M Szelachowska, J Krynski, 2014 Accuracy assessment of GOCE –based geopotential models and their use for modeling the gravimetric quasigeoid – A casestudy of Poland Geodesy and Cartography, Vol 63, No 1, pp 3 – 24 Polish Academy of

Các phương pháp nội suy Điểm độ cao I(BH-TH)5 với độcao gốc 76,874 m Điểm độ cao I(VL-HT)17 với độcao gốc 2,810 m

Trang 10

Nghiên cứu

Sciences

[3] Hà Minh Hòa, 2014 Lý thuyết và thực tiễn của Trọng lực trắc địa Nhà Xuất bảnKhoa học và Kỹ thuật, 592 trg., Hà Nội - 2014

[4] Hà Minh Hòa, 2016 Hoàn thiện quy trình xử lý các dữ liệu trọng lực để xây dựng

cơ sở dữ liệu dị thường trọng lực quốc gia ở Việt Nam Tạp chí Khoa học Đo đạc và Bản

đồ, số 30, tháng 12/2016, trg 1 - 9.

[5] Hirt C., 2011 Assessment of EGM2008 over Germany using accurate quasigeoid

heights vertical deflections, GCG05 and GPS/leveling Zeits chriftgeoinformation und management (zfv) 136 (3): 138 – 149.

land-[6].Jekeli, C., H.J Yang, and J H Kwon, 2009 Using gravity and topography - Implied

anomalies to assess data requirement for precise geoid computations Journal of Geodesy,

83: 1193 - 1202

[7] Krynski, J., and A Lyszkowicz, 2006 Centimetre Level of Accuracy of QuasigeoidModel in Poland Symposium of the IAG Subcommission for Europe, European ReferenceFrame – EUREF 2006, Riga, Litvia, 14 – 17 June 2006

[8] Pavlis N.K., Factor J.K and Holmes S.A., 2007 Terrain - related GravimetricQuantities Computed for the Next EGM Proceedings of the 1st International Symposium

of the International Gravity Field Service (IGFS), Istanbul, pp 318-323

[9] Roman, D R., Y.M Wang, J Saleh, X Li, W Waickman (2009) USGG2009 &GEOID09: New geoid height models for surveying/GPS NOAA’s National Geodetic Survey,ACSM – MARLS – UCLS – WFPS Conference 2009, 20 February 2009, Salt Lake City, UT.[10] Roman, D.R., Y M Wang, J Saleh, X Li, 2010 Geodesy, Geoids, and VerticalDatums: A Perspective from U.S National Geodetic Survey FIG Congress 2010, Sydney,Australia, 11 – 16, April 2010

[11] Smith, B., and D Sandwell, 2003 Accuracy and Resolution of Shuttle Radar

Topography Mission Data Geophysical Research Letters, Vol 30, No.9, 1467, doi:

10.1029/2002GL016643

[12] Tighe, M.L and Chamberlain, D., 2009 Accuracy comparison of the SRTM,ASTER, NED, NEXTMAPR USA Digital Terrain Model over several USA study sites.ASPRS/MAPPS2009 Fall Conference November 16-19, 2009, San Antonia, Texas, 12 p.[13] Tscherning, C.C., and Richard H Rapp, 1974 Closed covariance expressions forgravity anomalies, geoid undulations and deflections of the vertical implied by anomalydegree variance models Reports of the Department of Geodetic Science, report No 208,the Ohio State University, Columbus, Ohio, 212 p

[14] Werner, M., 2001 Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), Mission overview J.Telecom., 55, pp 75-79.m

(Xem tiếp trang 48)

Trang 11

Nghiên cứu

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỘ CAO TRẮC ĐỊA QUỐC GIA NHỜ VIỆC GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN BÌNH SAI PHÉP NỐI MẠNG LƯỚI GNSS VÀ HỆ QUY CHIẾU TOẠ ĐỘ

KHÔNG GIAN QUỐC GIA VN2000-3D

LƯƠNG THANH THẠCH

Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

1 Đặt vấn đề

Trong bài báo khoa học này sử dụng 2 thuật ngữ, đó là “điểm mặt đất” và “điểm trùng”

Cụ thể, thuật ngữ “điểm mặt đất” để chỉ các điểm Thiên văn – Trắc địa hạng I, II quốc giađược thành lập bằng các phương pháp đo đạc truyền thống trên mặt đất; thuật ngữ “điểmtrùng” để chỉ rằng, điểm trắc địa vừa có tọa độ trong mạng lưới GNSS hạng A, vừa có tọa

độ trong mạng lưới Thiên văn - Trắc địa hạng I, II quốc gia của Hệ quy chiếu tọa độ khônggian quốc gia VN2000-3D

Trong tài liệu (Hà Minh Hòa, Đặng Hùng Võ và nnk, 2005)đã đề xuất xây dựng hệ tọa

độ động quốc gia (Dynamic Reference System) ở Việt Nam mà thực chất là xây dựng Hệquy chiếu tọa độ không gian quốc gia, gắn kết chặt chẽ với Khung quy chiếu Trái đất quốc

tế ITRF Xây dựng Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia là nội dung quan trọng trongChiến lược phát triển ngành Đo đạc và Bản đồ đến năm 2020 đã được phê duyệt tại Quyếtđịnh số 33/2008/QĐ -TTg ngày 27/02/2008 của Thủ tướng Chính phủ Trên cơ sở ứng

dụng công nghệ GNSS, như đã phân tích trong các tài liệu (Hà Minh Hòa và nnk, 2012);

Hà Minh Hòa, 2014a), mấu chốt của việc xây dựng Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc

gia là xây dựng mô hình quasigeoid quốc gia với độ chính xác không thấp hơn hơn ± 4.0

cm để đảm bảo sai số tương đối của các tọa độ không gian ở mức 10-9theo quy định quốc

tế (Augath W., Ihde J, 2002) Cũng cần nhấn mạnh thêm rằng, Hệ quy chiếu tọa độ không

gian quốc gia Việt Nam phải được xây dựng dựa vào ellipsoid WGS-84 quy chiếu quốc gia

đã được định vị sát nhất với mặt quasigeoid quốc gia Hòn Dấu Khi ứng dụng công nghệGNSS có thể xác định độ cao trắc địa tương ứng với ellipsoid WGS-84 quốc tế với độchính xác rất cao Tuy nhiên, xác định độ cao trắc địa độ chính xác cao tương ứng với

Tóm tắt:

Trong quá trình xây dựng Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia, mạng lưới GNSS phủ trùm (tạm gọi là mạng lưới GNSS hạng A) có vị trí rất quan trọng Các trị đo của mạng lưới GNSS hạng A đóng vai trò như các trị đo dư, nên sau khi bình sai ghép nối dựa vào các điểm trùng, độ chính xác độ cao trắc địa của các điểm mặt đất sẽ được nâng lên - đây

là một trong những yêu cầu rất quan trọng đặt tiền đề cho việc xây dựng Hệ quy chiếu tọa

độ không gian quốc gia.

Bài báo khoa học này đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết của bài toán bình sai ghép nối mạng lưới GNSS vào Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia và tiến hành tính toán thực nghiệm Kết quả thực nghiệm trong bài báo đã chỉ ra rằng, độ chính xác độ cao trắc địa đã được nâng lên cỡ 4 lần sau khi thực hiện bình sai ghép nối.

Trang 12

Nghiên cứu

ellipsoid WGS-84 quy chiếu quốc gia lại là vấn đề nan giải, mà mấu chốt là giải quyết bàitoán dị thường độ cao cục bộ (hay độ chính xác của mô hình quasigeoid quốc gia) Điềunày đảm bảo độ cao trắc địa quốc gia độ chính xác H cao được xác định từ các tọa độkhông gian quốc gia X, Y, Z của điểm trắc địa thỏa mãn điều kiện ở đây là

độ cao chuẩn trong hệ độ cao quốc gia HP72, còn là độ cao quasigeoid quốc gia đượcxác định từ mô hình quasigeoid quốc gia độ chính xác cao (độ cao của mặt quasigeoid cục

bộ Hòn Dấu so với ellipsoid WGS-84 quy chiếu quốc gia)

Trong thực tiễn xây dựng các hệ quy chiếu tọa độ không gian ở các nước, hệ tọa độkhông gian địa tâm OS Net (Ordnance Survey Network) của nước Anh được xây dựng dựatrên mô hình geoid OSGM02 (Ordnance Survey Geoid Model 2002) với độ chính xác ± 2.0

cm(J C Iliffe, M Ziebart, and P A Cross; R Forsberg and G Strykowski; C C Tscherning); Mô hình geoid của Australia AUSGeoid09 với độ chính xác ± 3.0 cm được

dùng để xây dựng hệ quy chiếu địa tâm GDA94 Các nhà khoa học trắc địa Australia đangđược định hướng cho việc xây dựng hệ quy chiếu địa tâm GDA2020 - The Geocentric

Datum of Australia (Australia is on the move GDA2020) trong tương lai dựa trên mô hình

AUSGeoid2020; Hệ quy chiếu tọa độ không gian của Đức ETRS89/DREF91/2016 đượcxây dựng dựa trên mô hình quasigeoid GCG2016 - Germany Combined QuasiGeoid of

2016 với độ chính xác ± 2.0 cm (Quasigeoid of the Federal Respublic of Germany) Trong tài liệu (Hà Minh Hòa, Đặng Hùng Võ và nnk, 2005), khi quan niệm mạng lưới

hạng AA là hệ thống điểm/trạm GNSS hoạt động liên tục phục vụ cho việc thu nhận thườngxuyên các dữ liệu GNSS để kết nối với IGS, thì mạng lưới GNSS hạng A (mạng lưới phủtrùm) có vai trò rất quan trọng trong việc giải quyết bài toán bình sai ghép nối Mạng lướiGNSS hạng A được xử lý riêng rẽ trong ITRF, sau đó được bình sai ghép nối vào Hệ quychiếu tọa độ không gian quốc gia VN2000-3D sẽ giải quyết được hai nhiệm vụ khoa họcsau:

- Nâng cao độ chính xác độ cao trắc địa của các điểm mặt đất trong VN2000-3D có tọa

độ trùng với các điểm thuộc mạng lưới GNSS hạng A Đây là nhiệm vụ quan trọng nhất,cũng là nội dung chính của bài báo này

- Đưa tọa độ các điểm của mạng lưới GNSS chưa có tọa độ trong Hệ quy chiếu tọa độkhông gian quốc gia VN2000-3D (ví dụ đang trong ITRF) về Hệ quy chiếu tọa độ này, với

độ chính xác “đồng cấp hạng” với mạng lưới GNSS hạng A Nhiệm vụ này phục vụ choviệc phát triển Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia VN2000-3D khi có nhu cầu xây

dựng các điểm GNSS hạng A mới Nội dung này đã được giải quyết trong tài liệu (Lương Thanh Thạch, 2017).

2 Giải quyết vấn đề

Giả thiết rằng mạng lưới GNSS có N điểm, trong đó có n điểm trùng (n ≤ N) có vectơcác tọa độ không gian trong hệ tọa độ VN2000 - 3D với matrận tương quan ,ở đây k=3.n Không mất tính chất chung, chúng ta giả thiết n điểmtrùng được đánh số thứ tự đầu tiên Khi đó sau khi bình sai riêng rẽ mạng lưới GNSS trongITRF tương ứng với ellipsoid WGS84 quy chiếu quốc tế, chúng ta nhận được vectơ cáctọa độ không gian được bình sai của N điểm GNSS ở dạng sau:

Trang 13

Nghiên cứu

với ma trận tương quan ở đây - sai số trung phương đơn vị trọng số nhận

được sau khi bình sai riêng rẽ mạng lưới GNSS trong ITRF, R s- ma trận chuẩn bậc K x K,còn bậc K = 3.N

Khi đã biết các giá trị gần đúng của 07 tham số chuyển tọa độ từITRF về VN2000 – 3D, dựa trên công thức Bursa – Wolf ở dạng sau:

vectơ các tọa độ không gian trong ITRF được chuyển thành vectơ các tọa độ không giantrong VN2000 – 3D dưới dạng , ở đây là vectơ con của các tọa độ khônggian tương ứng với n điểm trùng, là vectơ con của các tọa độ không gian tương ứngvới (N – n) điểm GNSS còn lại

Vectơ được nhận làm vectơ các tọa độ không gian gần đúng để giải quyếtbài toán bình sai ghép nối mạng lưới GNSS vào Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc giaVN2000 – 3D Việc giải quyết bài toán này trong Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc giaVN2000 – 3D được thực hiện theo mô hình toán học được đề xuất vào năm 1995 trong

công trình (Hà Minh Hòa, 1995) (xem chi tiết trong các tài liệu Hà Minh Hòa, 2013; Hà Minh Hoà, 2014a) ở dưới dạng sau đây:

(1)

ở đây vectơ số hạng tự do

ma trận hệ số G s có dạng: thêm vào đó G i (i = 1,2, ,N) là ma trận

đơn vị bậc 3x3; là vectơ số hiệu chỉnh vào các tham số chuyển

tọa độ X 0 , Y 0 , Z 0do sự ghép nối thêm các điểm mới

Trong thực tế bình sai ghép nối mạng lưới GNSS vào Hệ quy chiếu tọa độ không gianquốc gia VN2000-3D, các tọa độ trắc địa B, L của các điểm trùng trong Hệ quy chiếu tọa

độ không gian quốc gia thay đổi rất nhỏ, trong khi đó độ cao trắc địa H thay đổi đáng kể

do sai số trong độ cao quasigeoid quốc gia và điều này chủ yếu dẫn đến sự thay đổi của

các tham số chuyển tọa độ X 0 , Y 0 , Z 0

Khi bình sai riêng rẽ mạng lưới GNSS theo thuật toán T – thuận, chúng ta nhận được

ma trận tam giác trên T s liên hệ với ma trận chuẩn R s trong (1) bởi biểu thức R s = T s T T s.

Khi đó phương trình thứ hai trong hệ (1) được chuyển về dạng phương trình số hiệu chỉnhcủa các trị đo cùng độ chính xác ở dạng sau:

(2)với ma trận trọng số là ma trận đơn vị bậc K x K, ở đây , vectơ số hạng tự

do Dạng đơn giản của phương trình (2) phản ánh ưu điểm nổi bật của thuậttoán T - thuận khi giải quyết bài toán bình sai riêng rẽ và ghép nối tiếp theo mạng lưới

Trang 14

Nghiên cứu

GNSS vào Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia

Phương trình số hiệu chỉnh thứ nhất trong hệ (1) đóng vai trò như phương trình số hiệuchỉnh của các số liệu gốc (bài toán bình sai với sai số số liệu gốc) Khi ma trận trọng số

được khai triển về dạng ở đây là ma trận tam giác trên bậc k x k, để giải

hệ phương trình số hiệu chỉnh (2) theo thuật toán T - thuận, chúng ta lập ma trận ban đầu

(3)

ở đây - ma trận đơn vị bậc (K–k)

Trong thực tế đối với mỗi điểm trùng với các toạ độ không gian (X, Y, Z) đã biết trong

VN2000 – 3D, chúng ta chỉ biết được ma trận tương quan bậc 3 x 3 Việc chuyển

ma trận tương quan thành ma trận tam giác trên được thực hiện theo thuật

toán đã được trình bày trong tài liệu (Hà Minh Hòa, 2014a).

Triển khai hệ phương trình (2) theo thuật toán T - thuận, chúng ta sẽ nhận được ma trận

tam giác trên T (K+3)x(K+3) , vectơ số hạng tự do được biến đổi Y (K+3) và

Vectơ số hiệu chỉnh vào vectơ các toạ độ không gian gần đúng,được xác định từ việc giải hệ phương trình vectơ các toạ độkhông gian cuối cùng nhận được theo công thức sai số trung phương đơn vịtrọng số sau bình sai ghép nối được đánh giá theo công thức:

Theo tài liệu (Ha Minh Hoa, 2017), các giá trị gần đúng của 07 tham số chuyển tọa độ

từ ITRF về VN2000 – 3D như sau:

X 0 = 204.511083m, Y 0 = 42.192468m, Z 0= 111.417880m,

= - 0”.011168229, = 0”.085600577, = - 0”.400462723, = 0.000000000 Theo tài liệu (Lương Thanh Thạch, 2017), kết quả bình sai riêng rẽ mạng lưới trên trong

ITRF tương ứng với ellipsoid WGS84 quy chiếu quốc tế được thống kê (xem bảng 2).

Từ tọa độ trắc địa (B, L, H) của 05 điểm mặt đất trong bảng 1, chuyển về dạng (X, Y, Z)

và được thống kê (xem bảng 3) (ký hiệu là vectơ ).

Dựa vào 07 tham số chuyển đổi tọa độ nêu trên, tiến hành chuyển vectơ tọa độ trongbảng 2 từ ITRF về VN2000 - 3D theo mô hình Bursa – Wolf Kết quả nhận được vectơ tọa

độ và được thống kê (xem bảng 4).

Vì không còn lưu giữ được các thông tin về độ chính xác khi bình sai mạng lưới Thiênvăn – Trắc địa quốc gia hạng I, II của 05 điểm mặt đất ở giai đoạn trước, nên trong thực

Trang 15

Nghiên cứu

Bảng 1: Toạ độ trắc địa của các điểm mặt đất trong VN2000 - 3D tương ứng với

elipsoid WG84 quy chiếu quốc gia

Bảng 3: Tọa độ không gian (X, Y, Z) của 05 điểm mặt đất trong VN2000 - 3D

TT Tên điểm Các toạ độ trắc địa trong VN2000 - 3D

Trang 16

Nghiên cứu

nghiệm này chúng ta tiến hành xác lập mô hình sai số tiên nghiệm cho chúng như sau: Giả

sử độ chính xác của các thành phần tọa độ trắc địa B, L tương ứng là m B ” = 0.0020, m L ”

= 0.0015 - là độ chính xác trong khoảng cho phép theo chỉ tiêu kỹ thuật về độ chính xác của mạng lưới Thiên văn - Trắc địa quốc gia hạng I, II (Tổng cục Địa chính, 1999) Theo tài liệu (Ha Minh Hoa, 2017), độ chính xác của mô hình VIGAC2017 là cm và

độ chính xác độ cao chuẩn hạng II là (Hà Minh Hòa, 2014b), chúng ta có độ

chính xác của độ cao trắc địa: Lúc này, ma trận tương quancủa các điểm trùng như sau:

kết hợp với sai số trung phương của kết quả bình sai riêng rẽ trong ITRF = 0.005m

(Lương Thanh Thạch, 2017), dựa vào thuật toán được trình bày trong (Hà Minh Hoà, 2014a) sẽ xác định được 05 giá trị tương ứng với 05 điểm mặt đất trong VN2000 - 3D thuộc ma trận ban đầuT 0dạng (3) ở trên

Triển khai hệ phương trình (2) theo thuật toán T - thuận, nhận được ma trận tam giáctrên T và vectơ Y Lúc này, vectơ số hiệu chỉnh của vectơ toạ độ không gian gần đúngđược xác định từ hệ phương trình còn vectơ toạ độ không gian

cuối cùng nhận được theo công thức được thống kê (xem bảng 5).

* Nhận xét:

Sau khi bình sai ghép nối nhận được ma trận tam giác trên T, kết hợp với sai số trungphương trọng số đơn vị nhận được ở kết quả bình sai riêng rẽ, sẽ nhận được ma trậntương quan trung bình của 05 điểm mặt đất như sau:

So sánh sau khi bình sai ghép nối với tiên nghiệm ban đầu nêu trên ta thấy

rằng, độ chính xác của độ cao trắc địa H được nâng lên cỡ 4 lần so với trước khi bình sai

- Hiện nay, độ chính xác về vị trí mặt bằng có thể được xác định với độ chính xác rấtcao bằng công nghệ GNSS, nhưng để có được độ cao trắc địa độ chính xác cao đòi hỏiphải có mô hình quasigeoid quốc gia độ chính xác rất cao Một trong nhiều vấn đề khoahọc cần giải quyết là sử dụng các trị đo trong mạng lưới GNSS hạng A như là trị đo dư đểnâng cao độ chính xác độ cao trắc địa của các điểm mặt đất trên cơ sở bình sai ghép nốinối mạng lưới GNSS hạng A vào Hệ quy chiếu tọa độ không gian quốc gia.m

Trang 17

Nghiên cứu

Bảng 5: Kết quả bình sai ghép nối

[1] Augath W., Ihde J., 2002 Definition and realization of Vertical ReferenceSystem - the European Solution EVRS/EVRF2000 FIG XXII International Congress,Washington D.C., April 19-26 2002;

gda2020/;

https://esriaustraliatechblog.wordpress.com/2016/08/12/australia-is-on-the-move-[3] Hà Minh Hòa, 1995 Các phương pháp ghép nối các mạng lưới mặt đất và vệ tinhvới việc áp dụng phép xoay Givens IZV Vuzov Geodezia i Aerophotoxemka, No1, trg 54– 66 (Tiếng Nga);

[4] Hà Minh Hòa, Đặng Hùng Võ và nnk, 2005 Nghiên cứu cơ sở khoa học của việcxây dựng các mạng lưới GPS các cấp hạng trong hệ tọa độ động học Báo cáo tổng kếtKhoa học và Kỹ thuật Bộ Tài nguyên và Môi trường Hà Nội - 3/2005

[5] Hà Minh Hòa, và nnk, 2012 Nghiên cứu cơ sở khoa học của việc hoàn thiện hệ độ

Toạ độ X (0) Toạ độ Y (0) Toạ độ Z (0)

Trang 18

[10].Quasigeoid of the Federal Respublic of Germany.Geodatenzentrum,https://upd.geodatenzentrum.de/docpdf/quasigeoid_eng.pdf;

[11].J C Iliffe, M Ziebart, and P A Cross; R Forsberg and G Strykowski; C.C.Tscherning “OSGM02: A New geoid model for the BritishIsles”,http://cct.gfy.ku.dk/publ_cct/cct1777.pdf

[12] Lương Thanh Thạch, 2017 Nghiên cứu phương pháp phát triển hệ quy chiếu tọa

độ không gian quốc gia VN2000-3D khi xuất hiện các điểm cơ sở mới Tạp chí Khoa học

Luong Thanh Thach

Ha Noi University of Natural Resources and Environment

During the process of the National Spatial Coordinate System construction, theoverarching GNSS network (temporarily called the GNSS network tier A) is very important.The measured values of the GNSS network tier A play a role as the measured residualvalue, therefore, after pairing adjustment based on the coincided points, the accuracy of thegeodetic heights of the ground points were improved - this is one of the very importantrequirements to set the premise for the construction of the National Spatial CoordinateSystem

This paper presents the theoretical basis of pairing adjustment of the GNSS network intothe National Space Coordinates System, and empirical calculations The results ofempirical calculations showed that, the accuracy of the geodetic heights were improved up

to 4 times, after performing the pairing adjustment.m

Trang 19

Nghiên cứu - Ứng dụng

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC VÀ HIỆU QUẢ CUNG CẤP DỮ LIỆU

CỦA HỆ THỐNG VNREDSAT-1NGUYỄN HÀ PHÚ (1) , TRẦN TUẤN NGỌC (1)

NGÔ DUY TÂN (2) , BÙI TRỌNG TUYÊN (2) , PHẠM MINH TUẤN (2) , CHU XUÂN HUY (2)

(1) Cục Viễn thám Quốc gia, Bộ Tài nguyên và Môi trường (2) Viện Công nghệ Vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Tóm tắt:

Hệ thống vệ tinh viễn thám quan sát Trái đất đầu tiên của Việt Nam (VNREDSat-1) đã

và đang được khai thác hiệu quả kể từ năm 2013 Đến nay, sau hơn bốn năm vận hành và khai thác, hệ thống đã cung cấp trên 6 vạn cảnh ảnh, phục vụ các nhu cầu giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường và thiên tai, đáp ứng các yêu cầu chụp ảnh cho mục đích

an ninh-quốc phòng và đặc biệt cũng tích cực tham gia hợp tác quốc tế với các đối tác trong khu vực và trên thế giới Tuy nhiên, hệ thống VNREDSat-1 là hệ thống khép kín và có xuất

xứ từ Châu Âu, do vậy quá trình quản lý, vận hành và khai thác cần phải được tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động tại Việt Nam Bài báo này sẽ trình bày tổng kết quá trình vận hành và khai thác hệ thống, đồng thời đề xuất các phương án nhằm nâng cao năng lực và hiệu quả cung cấp dữ liệu của hệ thống VNREDSat-1.

1 Giới thiệu chung về hệ thống

VNREDSAT-1

Dự án “Vệ tinh nhỏ Việt Nam quan sát tài

nguyên thiên nhiên, môi trường và thiên tai

– Vietnam Natural Resources, Environment

and Disaster Monitoring System

(VNREDSat-1)” là vệ tinh quang học viễn

thám quan sát Trái đất đầu tiên của Việt

Nam, hoạt động ở quỹ đạo đồng bộ mặt trời

với độ cao khoảng 680 km, có khả năng

chụp ảnh toàn bộ bề mặt trái đất ở các kênh

toàn sắc và đa phổ với độ phân giải tương

ứng là 2,5 m và 10 m, thời gian chụp lặp lại

cho một vị trí trung bình là 3 ngày

Dự án là sự phối kết hợp giữa Viện Hàn

lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Viện

HLKHCNVN) và Bộ Tài nguyên và Môi

trường để khai thác hiệu quả các hạ tầng kỹ

thuật sẵn có đó là “Hệ thống thu nhận, lưu

trữ và xử lý ảnh các vệ tinh viễn thám” của

Bộ Tài nguyên và Môi trường đã được đầu

tư giai đoạn trước nhằm tạo ra một hệ thốnggiám sát hoàn chỉnh, độc lập từ vệ tinh đếntrạm thu mặt đất và trung tâm xử lý phânphối dữ liệu ảnh viễn thám tại Việt Nam Hệthống VNREDSat-1 bao gồm các cấu phầnchính sau đây: 01 quả vệ tinh hoạt động trênquỹ đạo, 01 trạm thu phát tín hiệu điều khiển

vệ tinh băng S (đặt tại Hòa Lạc), 01 trungtâm điều khiển và lưu trữ dữ liệu dự phòng(đặt tại Viện HLKHCNVN) và 01 trạm thu dữliệu ảnh băng X (đặt tại Cục Viễn thám Quốcgia, Bộ Tài nguyên và Môi trường) Cáctrang thiết bị thuộc các cấu phần mặt đấtđược liên kết với nhau bằng hệ thống mạngcáp quang tốc độ cao

Mặc dù hệ thống vệ tinh VNREDSat-1 đãhoạt động tối đa nhưng cũng không thể đápứng hết nhu cầu dữ liệu ảnh vệ tinh viễnthám ngày càng tăng của các đơn vị ứng

Trang 20

dụng tại Việt Nam Sở dĩ có thực tế này là

do các nguyên nhân sau đây:

Với quỹ đạo được thiết kế để đảm bảo

cho vệ tinh chụp được toàn bộ lãnh thổ Việt

Nam (bao gồm cả trên đất liền và vùng biển)

vệ tinh sẽ bay vòng quanh Trái đất ~ 14 lần

trong ngày, tuy nhiên chỉ có 4 vòng quay quỹ

đạo là được sử dụng cho các tác nghiệp liên

quan tới khu vực Việt Nam;

Vệ tinh VNREDSat-1 là vệ tinh quang

học nên chất lượng ảnh chụp phụ thuộc rất

nhiều vào điều kiện thời tiết tại khu vực

chụp ảnh;

VNREDSat-1 là hệ thống vệ tinh viễn

thám đầu tiên của Việt Nam do chính các kỹ

sư của Việt Nam vận hành và khai thác Do

vậy, năng lực quản lý cũng như vận hành và

khai thác hệ thống chắc chắn sẽ phải được

cải thiện và nâng cao nhằm nâng cao hiệu

quả khai thác và sử dụng hệ thống (Xem

hình 1)

Ngoài ra, Bộ Tài nguyên và Môi trường

cùng với Viện HLKHCNVN đã định hướng

chỉ đạo và hỗ trợ phối hợp và hợp tác quốc

tế nhằm chia sẻ kinh nghiệm vận hành và

khai thác, tìm kiếm khả năng hợp tác vàchia sẻ dữ liệu với các hệ thống vệ tinh kháctrong khu vực và trên thế giới Đây cũng làmột hướng đi đúng đắn và hiệu quả nhằmnhằm tăng cường hiệu quả vận hành và sửdụng dữ liệu ảnh viễn thám của vệ tinhVNREDSat-1 và tăng cường hội nhập quốc

tế trong lĩnh vực công nghệ vũ trụ

2 Đề xuất phương án nâng cao năng lực và hiệu quả cung cấp dữ liệu VNRED- SAT-1

Trên kinh nghiệm vận hành và khai thác

hệ thống thu ảnh vệ tinh (SPOT vàENVISAT) từ năm 2009 và đặc biệt là hệthống VNREDSat-1 từ năm 2013, các nhómgiải pháp sau đây được đề xuất nhằm nângcao hiệu quả cung cấp dữ liệu của hệ thống:

2.1 Phối hợp vận hành và khai thác

dữ liệu ảnh của hệ thống VNREDSat-1

Việc vận hành, khai thác an toàn và hiệuquả hệ thống VNREDSat-1 phụ thuộc vào

sự phối hợp giữa hai cơ quan trực tiếp quản

lý hệ thống VNREDSat-1 là Viện

HLKHCN-VN và Bộ Tài nguyên và Môi trường

Hình 1: Quỹ đạo và vết qua lãnh thổ Việt Nam của vệ tinh VNREDSat-1

Trang 21

2.1.1 Các nguyên tắc chung

Nhằm thực hiện tốt công tác phối hợp

vận hành và khai thác, hai bên cần phải phối

hợp chặt chẽ với nhau dựa trên những

nguyên tắc sau đây:

Các bên thực hiện đúng chức năng,

trách nhiệm của mình trong việc vận hành

hệ thống VNREDSat-1

Vận hành hệ thống tuân thủ tuyệt đối quy

trình đã được xây dựng cho hệ thống

VNREDSat-1 và cho từng phân hệ cụ thể

Luôn duy trì kênh thông tin liên lạc giữa

hai bên

Phải có các đầu mối liên hệ chịu trách

nhiệm chung về quản lý, về kỹ thuật ở hai

Khi xuất hiện sự cố hai bên phải thông

báo cho nhau để nắm bắt tình hình đồng

thời thực hiện các biện pháp khắc phục

2.1.2 Tiếp nhận và đáp ứng các yêu cầu

chụp ảnh của người sử dụng

Hàng năm, Cục Viễn thám Quốc gia cần

gửi phiếu điều tra yêu cầu chụp ảnh

VNREDSat-1 tới các cơ quan thuộc các Bộ,

ngành, các cơ quan sử dụng dữ liệu viễn

thám trên cả nước và các địa phương để

tổng hợp nhu cầu đảm bảo đầy đủ và chính

xác, để từ đó tổng hợp thành các kế hoạch

chụp ảnh hàng năm Trên cơ sở các yêu

cầu sử dụng ảnh, 2 bên tiến hành lập lịch

chụp hàng ngày Các yêu cầu sẽ được phân

tích đánh giá mức độ ưu tiên trong quá trình

đặt lịch chụp ảnh nhằm mục đích vận hành

hiệu quả vệ tinh VNREDSat-1 Nội dung

công tác này tuân theo các quy định trong

quy chế xác định mức độ ưu tiên của các

bên

Công tác đặt lịch chụp ảnh ngoài việcdựa trên năng lực và quỹ đạo của vệ tinh thìviệc phân tích và dự đoán mật độ che phủmây tại vị trí cần chụp có ý nghĩa quan trọngtrong việc đảm bảo chất lượng ảnh thu nhậnđược Do vậy, hai cơ quan phải có cácnguồn dữ liệu về dự đoán độ che phủ mây(theo từng tháng hoặc năm) để từ đó tối ưuhóa công tác lựa chọn và đặt lịch chụp ảnh

Hình 2: Bản đồ che phủ mây và các vùng khuyến cáo chụp ảnh VNREDSat-1

Hình 3: Phân tích các dải chụp ảnh bằng công cụ hỗ trợ lập lịch chuyên dụng

Trang 22

Đánh giá chung:

Công tác phối hợp vận hành và khai thác

hệ thống VNREDSat-1 đã và đang được

thực hiện hiệu quả Điều này được thể hiện

các khía cạnh sau đây: công tác tiếp nhận

và phân tích yêu cầu được thực hiện tối ưu,

đáp ứng được các nhu cầu đa dạng của

người sử dụng; việc sử dụng bản đồ mây đã

giảm đáng kể tỷ lệ che phủ mây, khắc phục

được một phần nhược điểm của hệ thống

chụp ảnh quang học và điều kiện khí hậu tại

Việt Nam

2.2 Xây dựng trang thông tin điện tử

và công bố thông tin

Theo thiết kế của hệ thống VNREDSat-1,

người dùng bên ngoài rất khó truy cập và

tìm kiếm các thông tin về dữ liệu ảnh đã

được thu nhận tại Trạm thu ảnh Do vậy, cơ

sở dữ liệu ảnh viễn thám thu nhận được tại

trạm thu vì thế cần phải được chiết xuất và

tổ chức lại dưới dạng một cơ sở dữ liệu về

thông tin của dữ liệu ảnh viễn thám mà

người dùng có thể dễ dàng trong việc truy

cập và tìm kiếm thông tin dữ liệu ảnh

Việc nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn

dữ liệu viễn thám cần hướng đến những

tiện ích đối với người dùng Một trong

những giải pháp chính về công nghệ thông

tin giúp kết nối giữa người dùng với nhà

cung cấp thông qua việc xây dựng Trang

thông tin điện tử Trang thông tin điện tử về

dữ liệu viễn thám sẽ cho phép người dùng

là các tổ chức, cá nhân truy cập trực tuyến

đến danh mục dữ liệu viễn thám cũng như

các sản phẩm giá trị gia tăng được lưu giữ

trong Cơ sở dữ liệu viễn thám tại cơ quan

có thẩm quyền quản lý Trang thông tin này

có thể hỗ trợ tìm kiếm, hiển thị trước và tải

về thông tin siêu dữ liệu viễn thám giúp

người dùng xác định được mức độ phù hợp

của dữ liệu đối với yêu cầu và mục đích sử

dụng Thông qua trang thông tin dữ liệu này,

người dùng cũng có thể đặt hàng các sản

phẩm, dịch vụ và phương thức chuyển giao

dữ liệu đối với nhà cung cấp Trang thôngtin điện tử công bố siêu dữ liệu ảnh và giaodiện đặt hàng và cung cấp dữ liệu ảnh viễnthám là một trang thông tin được quản trị cơ

sở dữ liệu bởi Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQLServer phiêu bản 2008 R2 Đây là một hệquản trị cơ sở dữ liệu SQL Server đangngày càng chứng tỏ là hệ quản trị cơ sở dữliệu ưu việt, giải quyết tốt yêu cầu quản lýcho các cơ quan, tổ chức Chính vì thế phầnmềm có tính bảo mật an toàn dữ liệu tươngđối tốt, hoạt động ổn định và có thể thao tácvới khối lượng dữ liệu lớn Dưới đây là một

số hình minh họa giao diện của công cụnày:

Hình 4: Giao diện Khai thác dữ liệu ảnh

hệ thống này có ý nghĩa quan trọng đối với

Trang 23

những cá nhân quan tâm trong đó có các

nhà quản lý và cộng đồng người sử dụng

Các thông tin này là những dữ liệu tổng hợp

quan trọng đánh giá tình hình hoạt động và

là những thông tin hỗ trợ người dùng định

hướng ứng dụng ảnh vệ tinh VNREDSat-1

Công tác công bố thông tin đã được Viện

HLKHCNVN thực hiện, cụ thể như sau:

Tình hình hoạt động của vệ tinh

VNREDSat-1 được cập nhật định kỳ trên

trang web của Viện HLKHCNVN tại địa chỉ:

http://vast.ac.vn/ban-tin-vnredsat1

Ngoài ra, các thông tin các đặc trưng kỹ

thuật của hệ thống VNREDSat-1 được công

bố tại trang Web của Viện Công nghệ vũ trụ,

Viện HLKHCNVN, tại địa chỉ sau:

Trang thông tin điện tử công bố siêu dữ

liệu ảnh và giao diện đặt hàng và cung cấp

dữ liệu ảnh viễn thám cũng quản lý cơ sở

dữ liệu tương thích và có thể tích hợp được

với cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường

Mặt khác, các chức năng về quản lý dữ liệu

cũng được hỗ trợ tối đa Công vụ này cho

phép cập nhật nhanh chóng số lượng cảnh

ảnh đã chụp được tại Trạm thu ảnh và có

thể sử dụng như một phần mềm quản lý dữ

liệu để truy vấn, thống kê Việc xây dựng

cổng thông tin điện tử và công bố thông tin

góp phần quan trọng vào công tác quản lý

dữ liệu nói riêng và hiệu quả khai thác của

cả hệ thống VNREDSat-1 nói chung

2.3 Hợp tác quốc tế

Với việc sở hữu một hệ thống hoàn chỉnh

(cả trạm mặt đất và vệ tinh), hệ thống

VNREDSat-1 có thể hợp tác được với các

tổ chức quốc tế ở các khía cạnh sau đây:

2.3.1 Cung cấp dữ liệu ảnh viễn thám

cho các tổ chức quốc tế

Với việc chủ động lập lịch, thu nhận và

xử lý ảnh vệ tinh viễn thám, dữ liệuVNREDSat-1 có thể được cung cấp cho các

tổ chức quốc tế cho các mục đích sau đây:Tham gia các hoạt động tìm kiếm, cứu

Một số ảnh minh họa vệ tinh

VNREDSat-1 tham gia các hoạt động phòng tránh vàgiảm nhẹ thiên tai quốc tế:

Hình 6: Ảnh vệ tinh VNREDSat-1 chụp Tamil Nadu, Ấn Độ ngày 3/12/2015

Hình 7: Ảnh vệ tinh VNREDSat-1 chụp Philippines ngày 24/10/2016 2.3.2 Trao đổi dữ liệu viễn thám

Do nhu cầu sử dụng ảnh viễn thám ngàycàng tăng, không chỉ đối với Việt Nam màngày cả đối với các tổ chức sở hữu vệ tinh

Do vậy, việc chia sẻ dữ liệu giữa các vệ tinhvới nhau sẽ làm tăng cường cả về số lượng

Trang 24

và chất lượng nguồn dữ liệu viễn thám, góp

phần làm tăng hiệu quả ứng dụng viễn

thám

Hình 8: Ảnh hai vệ tinh VNREDSat-1 của

Việt Nam và Thaichote của Thái Lan

2.3.3 Phối hợp cùng chụp một vùng rộng

với các vệ tinh khác

Đối với các vùng cần theo dõi giám sát

có diện tích lớn, cần nhiều dải ảnh vệ tinh

thì việc phối hợp lập kế hoạch chụp ảnh với

vệ tinh khác sẽ đem lại hiệu quả to lớn trong

việc tăng cường tần suất và số liệu quan

sát

Hình 9: Hệ thống lập lịch đa vệ tinh của

GISTDA (Thái Lan)

2.3.4 Hợp tác về sử dụng chung trạm

điều khiển vệ tinh

Với đặc thù là vệ tinh có độ che phủ toàn

cầu, nên việc sử dụng các trạm điều khiển

tại nhiều nơi trên trái đất có ý nghĩa quan

trọng trong các khía cạnh sau đây:

Sử dụng trạm dự phòng: trong trường

hợp trạm chính bị sự cố kỹ thuật hoặc trong

trường hợp cần nhiều phiên liên lạc với vệ

tinh thì việc sử dụng thêm một trạm tươngđương có ý nghĩa quan trọng trong việcđảm bảo vận hành hệ thống

Dịch vụ cho thuê trạm điều khiển: trạmđiều khiển mặt đất của hệ thốngVNREDSat-1 hoàn toàn có thể cho các nhà

sử dụng vệ tinh khác thuê để điều khiển các

vệ tinh tương đương VNREDSat-1

Dịch vụ phối hợp hoặc cho thuê trạm thuảnh: tương tự như trạm điều khiển

Hình 10: Sơ đồ vị trí các trạm mặt đất của Tập đoàn vũ trụ Thụy Điển (SSC)

Như vậy, Hợp tác quốc tế là cách hiệuquả làm tăng cường số lượng và chất lượngcủa các ứng dụng viễn thám Việc phối hợpvới các tổ chức quốc tế vừa nhằm nâng cao

vị trí và uy tín của hệ thống VNREDSat-1,vừa làm phong phú nguồn dữ liệu viễn thámcho Việt Nam Hợp tác hiệu quả vừa đem lạilợi ích về kinh tế, đồng thời chủ động hộinhập quốc tế trong lĩnh vực này

Đánh giá chung:

Với đặc thù quỹ đạo vệ tinh đồng bộ mặttrời, cụ thể là thời gian bay qua Việt Namchiếm khoảng 1/3 thời gian trên quỹ đạo thìhợp tác quốc tế là cách hiệu quả làm tăngcường số lượng và chất lượng cho các ứngdụng viễn thám Việc phối hợp với các tổchức quốc tế vừa nhằm nâng cao vị trí và uytín của hệ thống VNREDSat-1, vừa làmphong phú nguồn dữ liệu viễn thám cho ViệtNam Hợp tác hiệu quả vừa đem lại lợi ích

về kinh tế, đồng thời chủ động hội nhậpquốc tế trong lĩnh vực này

Trang 25

3 Kết luận và kiến nghị

Hệ thống VNREDSat-1 đã và đang được

vận hành và khai thác hiệu quả nhờ sự phối

kết hợp chặt chẽ giữa Bộ Tài nguyên và Môi

trường và Viện HLKHCNVN Các nhóm giải

pháp nêu trên cũng đã được tiến hành đồng bộ

tại các đơn vị liên quan nhằm nâng cao hiệu

quả cung cấp dữ liệu ảnh vệ tinh

VNREDSat-1 cả về số lượng và chất lượng Tuy nhiên, để

đảm bảo thực hiện có hiệu quả cần phải:

Tiếp tục nhận được sự hỗ trợ của các cơ quan

cụ thể là Bộ Tài nguyên và Môi trường và Viện

HLKHCNVN trong việc quản lý và phối hợp

Tiếp tục áp dụng các nhóm giải pháp trên

trong thực tiễn vận hành và khai thác hệ

thống VNREDSat-1

Tiến hành tổng kết, đánh giá, rút kinh

nghiệm và hoàn thiện

Tóm lại, việc phối hợp và triển khai các

đề xuất nêu trên dự kiến sẽ góp phần không

nhỏ vào việc nâng cao hiệu quả đầu tư của

dự án VNREDSat-1 nói riêng và góp phần

xây dựng và hoàn thiện quy trình cũng như

năng lực cán bộ chuẩn bị cho các dự án

tương tự trong tương lai.m

[1] Quyết định 137/2006/QĐ-TTg ban hành

ngày 14 tháng 06 năm 2006 của Thủ tướng

chính phủ về “Chiến lược nghiên cứu và ứngdụng công nghệ vũ trụ đến năm 2020”.[2] Nghị định 21/2013/NĐ-CP ban hànhngày 04 tháng 03 năm 2013 của Thủ tướngchính phủ về “Quy định chức năng, nhiệm

vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ TàiNguyên và Môi Trường”

[3] Quyết định số 1166/QĐ-BTNMT ngày

17 tháng 7 năm 2013 Quy định chức năng,nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức củaCục Viễn thám Quốc gia

[4] Trần Mạnh Tuấn, Công nghệ vệ tinh,NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006

[5] Ray A Williamson, 1997 TheLandsat Legacy: Remote Sensing Policyand the Development of CommercialRemote Sensing, PhotogrammetricEngineering & Remote Sensing, Tập 63, số

7, tháng 7, 1997, trang 877-885

[6] Sergio Albani, 2009 Long-termPreservation of Earth Observation Data andKnowledge in ESA through CASPAR, TheInternational Journal of Digital CurationIssue 3, Volume 4 | 2009

[7] Charles Toth, 2013 Remote SensingSensors and Platforms: The Trends ISPRSHannover Workshop, Hannover, GermanyMay 21-24.m

Summary

Study and proposal to improve capacity and efficiency of data provision by

VNREDSat-1 system

Nguyen Ha Phu, Tran Tuan Ngoc, Department of National Remote Sensing

Ngo Duy Tan, Bui Trong Tuyen, Pham Minh Tuan, Chu Xuan Huy

Space Technology Institute, Vietnam Academy of Science and Technology

VNREDSat-1, the 1stVietnam’s remote sensing system, has been operating effectively since

2013 So far, the system has provided thousands of image scenes, which serve the needs ofmonitoring of natural resources, environment and natural disasters, and satisfying the require-ments for national security and defense purposes, and international cooperation as well.However, the VNREDSat-1 is a closed Europe-designed system, so the management, operationand exploitation process must be optimized to adapt with the local conditions in Vietnam Thispaper will summarize the operation and exploitation activities of the VNREDSat-1 system, andpropose solutions to improve its capacity and efficiency in data provision.m

Trang 26

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH PHÁT HIỆN BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI BẰNG CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH TỪ THIẾT BỊ BAY

KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV)

LÊ THỊ KIM DUNG

Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Tóm tắt:

Việt Nam là một quốc gia có nguồn tài nguyên đất đai hạn chế, bên cạnh đó do áp lực gia tăng dân số, quá trình công nghiệp hóa đô thị hóa đòi hỏi công tác quản lý nguồn tài nguyên đất đai hiệu quả đang trở nên cấp thiết Để làm được điều đó cần cập nhật liên tục những thông tin về quỹ đất và tình trạng sử dụng chúng Phương pháp truyền thống để đánh giá sự biến động về đất đai là phương pháp đo đạc ngoài thực địa nhưng phương pháp này tốn nhiều công sức và thời gian Xu hướng của thế giới hiện nay là dựa trên kết quả xử lý ảnh hàng không hoặc ảnh vệ tinh để thực hiện giám sát tình trạng bề mặt trái đất nhằm đánh giá sự biến động đất đai Nội dung bài báo giới thiệu quy trình phát hiện biến động đất đai phục vụ cho công tác quản lý đất đai bằng công nghệ bay chụp ảnh từ thiết

bị bay không người lái (UAV).

1 Mở đầu

Đất đai là nguồn tài nguyên vô giá, là

thành phần quan trọng nhất của môi trường

sống, là địa bàn phân bố các khu dân cư,

các cơ sở sản xuất, các công trình văn

hóa-xã hội, đồng thời đất đai cũng được xem

như một loại hàng hóa đặc thù Tuy nhiên

đất đai có những tính chất đặc trưng mà các

loại tư liệu sản xuất khác không có được

như: hạn chế về diện tích, có vị trí cố định

trong không gian, không thể di chuyển được

theo ý muốn của con người Chính vì lẽ đó,

sử dụng đất đai hợp lý, phát hiện và theo dõi

những biến động của chúng để quản lý

đang trở nên cấp thiết Hiện nay, có nhiều

cách đánh giá biến động đất đai, tuy nhiên

sử dụng ảnh thu được bằng công nghệ bay

chụp ảnh không người lái (UAV) để giám sát

đang là một trong những xu hướng của thế

giới Vì vậy, nội dung bài báo này tập trung

vào nghiên cứu quy trình bay chụp và phát

hiện sự thay đổi, biến động của đất đai bằng

công nghệ bay chụp ảnh từ thiết bị baykhông người lái (UAV)

2 Quy trình phát hiện biến động đất đai và công nghệ UAV

Một trong những nội dung quan trọngtrong công tác quản lý nhà nước về đất đai

là công tác theo dõi và chỉnh lý sự biến độngnhằm mục đích quản lý quỹ đất đai có hiệuquả, nắm được tình hình sử dụng đất vànhững biến đổi của quá trình đó Để thựchiện được điều đó đòi hỏi cập nhật thườngxuyên những thông tin quan trọng về sửdụng đất thông qua việc đăng ký, chỉnh lý,cập nhật biến động đất đai trên hồ sơ địachính, hoàn thiện cơ sở dữ liệu đất đai Hiệnnay, có nhiều phương pháp khác nhau trongviệc đánh giá, phát hiện sự biến động vềtình trạng đất đai Theo phương pháp truyềnthống, thông qua thống kê và kiểm kê đấtđai, nhà quản lý xác định được sự thay đổi

về diện tích và mục đích sử dụng trên cơ sở

Trang 27

đo đạc thực địa Phương pháp này có độ

chính xác cao, tuy nhiên việc đo đạc được

thực hiện ở ngoài trời nên phụ thuộc lớn

vào thời tiết, phạm vi đo đạc hẹp và chi phí

đo đạc cao

Phương pháp đo vẽ bằng ảnh viễn thám

có độ chính xác tương đối cao trong điều

kiện thời tiết thuận lợi và khu vực khảo sát

có địa hình chênh cao không nhiều Việc

chụp ảnh và xử lý ảnh có thể thực hiện trên

phạm vi rộng, tiết kiệm về thời gian và kinh

phí, đồng thời, nâng cao độ chính xác của

thông tin về đất đai Trên thế giới, nhiều nơi

đã sử dụng máy bay không người lái để

thực hiện bay chụp ảnh, sử dụng ảnh chụp

được để xử lý và giám sát trạng thái đối

tượng trên bề mặt Trái đất Sự phát triển

của việc thu nhận hình ảnh trên máy bay

không người lái được bắt đầu từ năm 1858

khi Gaspard Felix Tournashon sử dụng

khinh khí cầu để thực hiện việc chụp ảnh từ

trên không ở Paris Sau đó, để thực hiện

việc chụp ảnh trên không, những ý tưởng về

máy bay không người lái đã phát triển một

cách nhanh chóng, điểm nhấn của quá trình

này là việc dược sỹ người Đức Julius

Neubronner đã được cấp bằng sáng chế khi

sử dụng chim bồ câu để chụp ảnh phong

cảnh từ trên cao

Cấu tạo hệ thống chụp ảnh hàng không

kỹ thuật số bằng máy bay không người lái

(UAV) có thể được chia thành 4 phần chính

như sau: hệ thống máy bay, máy ảnh kỹ

thuật số, trạm điều kiển mặt đất, trạm xử lý

ảnh

Để đánh giá sự biến động sử dụng đất,

việc thực hiện bay chụp ảnh bằng công

nghệ bay không người lái thường được

thực hiện ở 2 thời điểm khác nhau Việc

khảo sát được thực hiện ở 3 giai đoạn: giai

đoạn chuẩn bị, ngoại nghiệp và nội nghiệp

Giai đoạn chuẩn bị bao gồm các hoạt

động về hoạch định vị trí, xác định phạm vi

cần bay chụp, kiểm tra vùng cấm bay và

thời tiết có thuận lợi cho công việc bay chụphay không Sau khi kiểm tra tất cả các điềukiện đảm bảo cho việc bay chụp, sau đó tiếpđến là thiết kế tuyến bay bằng phần mềmchuyên dụng và tiến hành bay chụp ảnh

Số liệu thu được từ bay chụp sẽ được xử

lý bằng phần mềm xử lý UAV chuyên dụng(Agisoft Photoscan) bao gồm ảnh số và tọa

độ các điểm khống chế ảnh Sản phẩm thuđược sau khi xử lý ảnh là mô hình đám mâyđiểm (Point Cloud), mô hình số bề mặt(DSM), mô hình số độ cao (DEM) và ảnhtrực giao (Orthomosaic)

3 Khu vực thử nghiệm

Khu vực thử nghiệm thuộc huyện Ba Vì Thành phố Hà Nội Tiến hành bay chụp ảnhUAV tại hai thời điểm tháng 4/2014 và tháng12/2015 Độ phân giải mặt đất hai lần baychụp là 3cm; độ cao bay chụp 160m; sốlượng ảnh 312 ảnh; diện tích khu bay chụp1,02km2 Đồ hình bay chụp theo hình vuông

-để đảm bảo thu được ảnh trực giao với chấtlượng tốt nhất, ranh giới các thửa đất vànhà cửa sẽ được hiển thị tốt nhất trên ảnh

Hình 1: Sơ đồ tuyến bay khu vực thử

nghiệm

Sau khi bay chụp, trên khu đo sử dụng

05 điểm KCA đo bằng phương pháp RTK để

tăng dày và bình sai khối ảnh (Xem hình 2)

Sản phẩm bình đồ ảnh trực giao có độchính xác 5 cm về mặt bằng ở cả hai thờiđiểm, đủ điều kiện để tiến hành đánh giá sựbiến động về sử dụng đất trên khu vực thử

nghiệm (Xem hình 3)

Trang 28

Hình 2: Sản phẩm ảnh trực giao và mô hình số bề mặt khu thử nghiệm

Hình 3: Quy trình phát hiện biến động đất

đai sau khi thực hiện xử lý ảnh chụp bằng

công nghệ bay chụp ảnh từ thiết bị bay

không người lái (UAV).

Kết quả thực hiện xử lý ảnh qua 2 thời

điểm khác nhau được thể hiện ở những

hình ảnh sau: (Xem hình 4, 5)

Việc phát hiện thay đổi tại khu vực thử

nghiệm (Thôn Yên Bồ) tại hai thời điểm

được phát hiện sơ bộ bằng phần mềm viễn

thám ENVI để phát hiện các khu vực có biến

động Tuy nhiên, để chính xác hóa chúng ta

phải sử dụng các phần mềm GIS khác để số

hóa lại các khu vực biến động để có ranh

giới khu vực biến động rõ nét Tác giả sử

dụng phần mềm ArcGIS 10.1 để số hóa lại

ranh giới các khu vực có biến đổi

Qua quá trình phát hiện thay đổi và sốhóa chúng ta thấy chỉ sau hơn một năm tạikhu vực thử nghiệm đã có 32 sự biến độngđáng kể trong đó có 30 ngôi nhà được xâymới diện tích khoảng 2.780 m2, 01 ngôi mộxuất hiện tại khu đất nông nghiệp (ruộng),

01 khu ao được mở rộng 1.814 m2 (Xem hình 6)

Qua quá trình phân tích và xử lý, giảiđoán bổ sung các thông tin trên ảnh chúng

đồ, mô hình 3D độ chính xác cao Đặc biệtkhi công nghệ bay chụp UAV kết hợp vớicông nghệ xác định tâm ảnh chính xác RTK

sẽ giảm bớt chi phí công tác ngoại nghiệprất nhiều, trong khi đó vẫn giữ được độchính xác thành lập bản đồ cần thiết.Dựa vào nghiên cứu trên, một lần nữakhẳng định công nghệ UAV có đủ độ chínhxác, độ tin cậy, và tính ứng dụng cao trongcông tác quản lý đất đai mà đặc biệt trongviệc phát hiện biến động đất đai phục vụ cho

Trang 29

Hình 4: Khu vực thử nghiệm tháng 4/2014 Hình 5: Khu vực thử nghiệm tháng 12/2015

Hình 6: Khu vực biến động trên khu vực

thử nghiệm

Hình 7: Bản đồ khu vực biến đổi từ 4/2014

đến 12/2015

công việc đánh giá nhằm mục đích thống

kê, kiểm kê và công tác quy hoạch, v.v

Công nghệ này sẽ giúp các nhà quản lý sẽ

có cái nhìn chính xác hơn, nhanh hơn, tổng

quan hơn về khu vực mình nghiên cứu Từ

đó nhanh chóng đưa ra được các quyết

định và giải pháp kịp thời giúp quy hoạch

phát triển kinh tế-xã hội và quản lý đất đai

một cách hợp lý và hiệu quả nhất.m

[1] Nguyễn Mạnh Hiển Xây dựng chiến

lược phát triển ngành quản lý đất đai theo

định hướng hiện đại hóa, kinh tế hóa và

phục vụ mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội

bền vững http://hunre.edu.vn

[2] Peter Van Blyenburgh, Harmonision

UAS Regulations and Standards, GIM

International, UAS edition, vol 30 (2016),

[5] Trang web UAV Geoscangeoscan.aero

[6] Trang web UAV Ebee sensefly.com.[7] Trang web UAV Trimble UX5 trim-ble.com/uas.m

(Xem tiếp trang 39)

Trang 30

ỨNG DỤNG WAVELET ĐỂ CHIẾT XUẤT ĐIỂM ĐẶC TRƯNG PHỤC VỤ ĐỒNG ĐĂNG KÝ ẢNH SAR

sẽ đáng tin cậy hơn Bài báo trình bày một trong những phương pháp có thể được sử dụng

để tìm ra điểm đặc trưng, phương pháp wavelet.

1 Giới thiệu

Khi đồng đăng ký ảnh dựa vào các điểm

đặc trưng thì sự phân bố của các điểm đặc

trưng trên ảnh là một trong các yếu tố quan

trọng ảnh hưởng tới độ chính xác của đồng

đăng ký ảnh Nếu điểm đặc trưng được

phân bố đều trên toàn ảnh thì việc đồng

đăng ký sẽ đáng tin cậy hơn so với các điểm

phân bố không đều Quá trình khớp điểm

ảnh đặc trưng bao gồm hai bước: chiết xuất

điểm ảnh đặc trưng và khớp điểm ảnh đặc

trưng Hiện nay, một số phương pháp được

sử dụng để chiết xuất các điểm đặc trưng từ

ảnh Một trong những phương pháp đó là

phương pháp Interest Operators (IO)

(Urban, 2003) Phương pháp này sử dụng

giá trị gradient cực đại để chiết xuất các

điểm đặc trưng Tuy nhiên việc tính giá trị

gradient cho mỗi điểm ảnh từ ảnh gốc tạo

nên khối lượng tính toán vô cùng lớn

Phương pháp wavelet cũng được sử dụng

để chiết xuất các điểm đặc trưng từ ảnh

(Moigne et al., 2002) Phương pháp này

dựa trên giá trị wavelet gradient lớn nhất

So sánh Interest Operators (IO) với wavelet,

thì giá trị gradient không tính cho ảnh gốcnhư IO mà chỉ được tính cho các ảnh ở cáctầng phân tích wavelet, do đó giảm đượckhối lượng tính toán Đặc biệt wavelet còn

hỗ trợ cho phân tích đa phân giải ảnh Phântích wavelet cung cấp tất cả các đặc trưngcủa ảnh mà không làm mất đi thông tin quantrọng của dữ liệu ban đầu ngay cả ở độphân giải thấp Ngoài ra các tính chất của

hệ số wavelet sử dụng để lọc tần số thấp vàtần số cao còn được sử dụng trong việcchiết xuất đặc trưng của ảnh (Louis et al,1997), và nó có thể sử dụng để tìm điểmđặc trưng

Tóm lại, việc sử dụng wavelet cho phântích đa phân giải để tìm điểm đặc trưngphục vụ cho quá trình đồng đăng ký là rấthợp lý vì:

- Các điểm đặc trưng phải là các điểmnhư ngã ba đường, góc nhà, các giao lộ,các địa vật độc lập …Tuy nhiên những điểmđặc trưng này không phải lúc nào cũng tìmthấy trên ảnh SAR Vì vậy, ý nghĩa của điểmđặc trưng rất quan trọng Trong nghiên cứu

Trang 31

này điểm đặc trưng được định nghĩa trong

miền wavelet

- Trong phương pháp phân tích đa phân

giải bằng wavelet thì dữ liệu gốc không bị

mất đi mà các đặc trưng của tín hiệu lại

được tìm thấy ngay cả ở độ phân giải thấp

- Phân tích wavelet đa phân giải sẽ làm

nổi bật đặc trưng của hình ảnh ở độ phân

giải thấp, do đó nó loại bỏ được một số đặc

trưng không rõ ràng ở độ phân giải cao

- So với các phương pháp khác, thuật

toán này đạt độ chính xác cao hơn với tốc

độ tính toán nhanh và ở tất cả các độ phân

giải

2 Cơ sở của phương pháp

Phân tích trên ảnh có thể được thực hiện

bằng phân tích đa phân giải wavelet 2-D

Trong không gian 2-D:

nếu hàm

thỏa mãn: (2.1)

Nó được gọi là wavelet hai chiều cơ bản

“wavelet mẹ” Wavelet 2-D liên tục biến đổi

theo hàm được cho bởi hàm

tích phân chập

(2.2)Biến đổi wavelet có thể được coi như là

bộ lọc của băng tần, có thể thực hiện ở các

loại tỷ lệ và độ phân giải khác nhau Nếu

chúng ta dùng cửa sổ lớn để nhìn vào dữ

liệu thì chung ta sẽ thấy đặc trưng tổng thể,

tương tự, nếu chúng ta dùng cửa sổ nhỏ để

nhìn vào dữ liệu thì chúng ta sẽ thấy các

đặc trưng chi tiết Đối với từng lớp nhỏ của

wavelet, tỷ lệ a có thể được lấy mẫu liên tục

a=2ivới mà không thay đổi các thuộc

tính tổng thể của phép biến đổi Các phép

biến đổi tương ứng với giá trị nhân đôi của

a được gọi là biến đổi wavelet rời rạc

(DWT), (2.3)

Do đó, hình ảnh có thể được coi là một

chức năng f(x,y) và biến đổi wavelet rời rạc

có thể thực hiện theo mô tả theo công thức2.3

Để là hàm trơn hai chiều Giả thuyếtrằng được phân tích thành hai thànhphần dọc theo hướng x và y là:

(2.4a)

(2.4b)Các chức năng này có thể được sử dụngnhư wavelet Ở tỷ lệ a =2j, Biến đổi wavelet2-D của ảnh f(x,y) có thể được phân tíchthành hai hướng độc lập

(2.5a)(2.5b)

Về cơ bản, hai thành phần này tỷ lệthuận với tọa độ của vector hướng dốc củaf(x,y), làm trơn bằng ở tỷ lệ 2jtheo haihướng x và y

Ở tỷ lệ 2j, môdul vector hướng dốc củaf(x,y) có thể được tính như sau:

(2.6)

Ở mỗi tỷ lệ 2j, biến đổi wavelet cực đạiđược định nghĩa là các điểm (x,y) mà tại đómôdul là cực đại địa phương dọctheo hướng dốc

3 Phương pháp chiết xuất các điểm đặc trưng bằng wavelet

3.1 Phân tích tín hiệu SAR bằng wavelet

Quá trình chiết tách các điểm đặc trưngtrên ảnh SAR được bắt đầu bằng việc phântích đa phân giải ảnh SAR Phép biến đổiwavelet rời rạc được sử dụng để phân tích

đa phân giải ảnh SAR (hình 1) Trong phầnthực nghiệm tác giả sử dụng ảnh Sentinel– 1A được Cơ quan hàng không vũ trụ Châu

Âu phóng thành công lên quỹ đạo năm 2014với chu kỳ là 12 ngày Đây là tư liệu viễnthám mới và có độ phân giải không gian10m, cung cấp dữ liệu SAR band C bước

Trang 32

sóng 5,66cm với chế độ chụp là IW Các

phép lọc được tiến hành với nhiều tầng

(level) khác nhau và để khối lượng tính toán

không tăng, khi qua mỗi bộ lọc, tín hiệu

được lấy mẫu xuống 2 (xem hình 1)

Mỗi thành phần của ảnh được phân tích

ở mỗi tầng phân tích nêu trên được xem

như là một kênh ảnh Như vậy, ở mỗi tầng

phân tích, ảnh được phân tích thành 4 ảnh

nhỏ hơn Hình 2 mô tả cấu trúc phân tích

hình kim tự tháp của phương pháp wavelet

Ảnh SAR được phân tích bằng wavelet để

chuẩn bị cho bước chiết tách điểm ảnh đặc

trưng tiếp theo (xem hình 2)

Hình 2: Cấu trúc hình kim tự tháp của phương pháp phân tích ảnh bằng wavelet

Hình 1: Sơ đồ phân tích ảnh bằng wavelet

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	9,15 MB