Khảo sát độ chính xác ảnh vệ tinh QUICKBIRD độ phân giải cao trongcông tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn bằng công nghệ ảnh số Công nghệ đo vẽ ảnh số đã và đang được ứng dụng rộng rãi tron
Trang 1Khảo sát độ chính xác ảnh vệ tinh QUICKBIRD độ phân giải cao trong
công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn bằng công nghệ ảnh số
Công nghệ đo vẽ ảnh số đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác đo vẽ bản đồ và ngày càng đem lại hiệu quả, năng suất lao động cao Sản phẩm bản đồ dạng số được biên tập theo các nhóm lớp cơ bản địa hình mang tính đa mục đích sử dụng, làm cơ
sở dữ liệu cho hệ thống thông tin địa lý và đặc biệt rất có hiệu quả làm cơ sở nền trong công tác cập nhật biến động, hiện chỉnh bản đồ Những năm gần đây chúng ta đã khai thác tối đa ưu thế của công nghệ ảnh số trong đo vẽ bản đồ địa hình từ tỷ lệ 1/50000 đến
tỷ lệ lớn 1/2000.Với sự xuất hiện ảnh vệ tinh độ phân giải cao lkonos và Quicbird, việc nghiên cứu ứng dụng trong công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn là rất cần thiết.Vì vậy, trong bài này giới thiệu về kết quả nghiên cứu khảo sát ban đầu về độ chính xác và khả năng sử dụng ảnh Quickbird có độ phân giải cao trong công tác hiện chỉnh bản đồ bằng công nghệ số
1 Đặc trưng kỹ thuật của ảnh vệ tinh Quickbird độ phân giải cao
1.1 Phương pháp quét tạo ảnh số
Trong mỗi kênh bộ cảm HRV thu nhận ảnh trên một hàng tế bào quang điện đơn
có giá trị như nhau, nghĩa là các điểm trong một hành ảnh có đặc điểm như nhau (CCD Linear Array) Sự chuyển động của quỹ đạo vệ tinh cho phép thu nhận được toàn bộ ảnh Đối với ảnh vệ tinh Quickbird, các phần tử của thanh CCD bộ cảm HRV có độ phân giải mặt đát 61cm - 72cm với kênh toàn sắc và 2.44m-2.88m đối với kênh đa phổ
1.2 Khả năng thông tin cho công tác trắc địa bản đồ của ảnh Quickbird
Báo cáo hội nghị quốc tế về các hệ thống viễn thám và bản đồ của Hội đo vẽ ảnh
và viễn thám quốc tế (ISPRS) đã xác định các yêu cầu kỹ thuật đối với ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ, đó là khả năng nhận biết, độ chính xác về mặt phẳng và độ chính xác xác định độ cao Khi thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo ảnh độ chính xác mặt phẳng được xác định theo khả năng nhận biết (phân giải trên thực địa) thường tương đương 0.1mm.MBĐ Trong quy phạm hiện hành lập bản đồ địa hình ở nước ta quy định:
“Sai số trung phương của vị trí địa vật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ gần nhất không được vượt quá 0,5mm đến 0,7mm trên tỷ lệ bản đồ đối với vùng đồng bằng và vùng núi cao, ẩn khuất Như vậy, căn cứ vào khả năng nhận biết của ảnh vệ tinh Quickbird với độ phân giải 0,6m có thể đảm bảo về độ chính xác mặt phẳng để hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5000
Khả năng cho phép nhận biết các yếu tố nội dung bản đồ hiện chỉnh qua thực tiễn khảo sát, phân tích ảnh vệ tinh Quickbird độ phân giải 0,6m cho thấy có thể cung cấp thông tin ở mức độ sau:
a Điểm khống chế đo đạc: là yếu tố dạng điểm, không phát hiện được.
b Vùng dân cư
Có thể phân biệt phần lớn các yếu tố nội dung thuộc nhóm này Không thể phát hiện được các xóm bản nhỏ xen lẫn với thực phủ, tính chất các đối tượng
nhà
Trang 2c Đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội
Phần lớn các đối tượng có diện tích lớn như: sân bay, bến cảng, kho xăng đều có thể phát hiện được trên ảnh Khó phát hiện được trên ảnh các loại đường dây điện thông tin, ống dẫn nước nổi, ngầm
d Đường giao thông và đối tượng liên quan
Phần lớn có thể phát hiện được trên ảnh các yếu tố thuộc nhóm lớp này Các yếu tố định tính của cầu, cống đường ô tô, đường đắp cao, sẻ sâu, chỗ neo đậu tàu không xác định được
e Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan
Trên ảnh xác định dễ dàng các yếu tố thuỷ hệ Các đối tượng khác như bờ dốc, bờ cạp, giếng nước, khó phát hiện được
g Dáng đất và chất đất
Các bãi cát khô, đầm lầy, bãi biển, khu đào bới có thể phát hiện được trên ảnh.Các yếu tố như khe rãnh xói mòn, các dạng sườn, vách đá, cửa hang động, gò đống khó hoặc không phát hiện được trên ảnh
h Thực vật
Các loại rừng là yếu tố mảng nên dễ xác định được trên ảnh Có thể phân biệt được lúa, màu, đồng cỏ, cây trồng thân gỗ và cây công nghiệp Một số chủng loại khác cần có tài liệu tham khảo để hỗ trợ
i Ranh giới, tưòng rào
Thành luỹ, hàng rào, tường có thể phân biệt được trên ảnh
2 Phương pháp xử lý thông tin ảnh vệ tinh Quickbird
Thường các dữ liệu trước khi đến người sử dụng đã được nắn chỉnh biến dạng hệ thống
từ nơi cung cấp ảnh Còn biến dạng ngẫu nhiên được nắn chỉnh bằng các điểm khống chế tăng dày có toạ độ mặt đất
Quy trình nắn chỉnh hình học ảnh đơn như sau:
(1)Chọn lựa phương pháp: bao gồm bậc nắn, phương pháp nội suy
(2) Nhận dạng các tham số trong phương trình chuyển đổi giữa hệ toạ độ ảnh số và hệ toạ
độ trắc địa dựa vào các điểm khống chế cũng như phương pháp calibration (định chuẩn) (3) Kiểm tra độ chính xác phép hiệu chỉnh hình học bằng phương pháp xấp xỉ theo lý thuyết số bình phương nhỏ nhất:
(4) Tái chia mẫu (resampling): Nội suy người láng giềng gần nhất (Nearest Neighbour); Nội suy bậc 2 (Bilinear Interpolution; Nội suy bậc 3 (Cubic Convolution)
Nếu ảnh biến dạng nhiều thì yêu cầu bậc nắn chỉnh phải cao nhưng làm cho tốc độ thực hiện sẽ bị chậm
Phương trình chuyển đổi toạ độ có dạng:
Bậc 1: x’ = a0 + a1x + a2 y, (1)
Trang 3y’ = b0 + b1y + b2 y
Bậc 2: x’ = c0 + c1x + c2y + c3 xy + c4 x2 + c5 y2, (2)
y’ = d0 + d1x + d2y + d3 xy + d4 x2 + d5 y2,
Bậc 3: x’ = g0 + g1x + g2y + g3 xy + g4 x2 + g5 y2 + g6 xy2 + g7 xy2 + g8 x3+ g9 y3 (3)
y’ =h0 + h1x + h2y + h3 xy + h4 x2 + h5 y2 + h6 xy2 + h7 xy2 + h8 x3+ h9 y3
Trong đó, x’, y’ là toạ độ của ảnh chưa nắn, x,y là toạ độ của ảnh nắn
a0 h9 là các hệ số của phương trình chuyển đổi Trong phần thực nghiệm nắn ảnh sử dụng ảnh vệ tinh thương phẩm đã được nắn chỉnh biến dạng ảnh bậc 1 với phép nội suy người láng giềng gần nhất (Nearest Neighbour)
3 Kết quả thực nghiệm
3.1 Đặc điểm ảnh vệ tinh, tư liệu và khu vực thử nghiệm
Khu vực thử nghiệm thuộc địa phận huyện Từ Liêm Hà Nội
Cơ sở để kiểm tra đánh giá kết quả thử nghiệm là toạ độ các điểm đo khống chế tăng dày
và các điểm địa vật rõ nét trên bình đồ trực ảnh số tỷ lệ 1/2000 để thành lập bản đồ địa hình 1/2000 thành phố Hà Nội bằng công nghệ ảnh số Các thông số về ảnh vệ tinh QuickBird: Độ phân giải kênh toàn sắc: 61-72cm; Kênh đa phổ: 2.44-2.88m Thời gian chụp ảnh tháng 7/2004 Trong thực nghiệm này chỉ sử dụng ảnh vệ tinh kênh toàn sắc (PANCHROMATIC) và thực hiện nắn ảnh cho phạm vi một mảnh bản đồ tỷ lệ 1/5000 (tương đương 9 mảng bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2000) Để khảo sát khả năng độ chính xác cho phép hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5000
3.2 Kết quả nắn chỉnh hình học ảnh Quickbird
Các bước tiến hành nắn trực giao ảnh vệ tinh bằng phần mềm PCI Geomatic V9.1 gồm: Tạo project, đặt tên file, nhập các thông tin cho project, đặt hệ quy chiếu và độ phân giải, thông báo việc tạo project, nạp dữ liệu ảnh vệ tinh để nắn, mở ảnh cần nắn, nạp nguồn cơ
sở dữ liệu, lựa chọn DEM để nắn ảnh vệ tinh, nắn trực giao ảnh vệ tinh dựa vào các khống chế ngoại nghiệp và điểm tăng dày ảnh hưởng không làm gốc hiện chỉnh: Chạy chương trình nắn (generate orthos) và kết quả nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh
Độ chính xác kết quả thử nghiệm được so sánh thông qua các điểm khống chế ngoại nghiệp, các điểm tăng dày khống chế nội nghiệp và các điểm địa vật rõ nét dễ nhận biết trên bình đồ trực ảnh hàng không tỷ lệ 1/2000 với các điểm tương ứng trên bình đồ trực ảnh vệ tinh
Với Δ X = X(m) – x(m) và Δ Y = Y (m) – y(m)
Sai số phương pháp so sánh toạ độ 27 điểm trên ảnh vệ tinh nắn tỷ lệ 1/5000và các điểm tương ứng trên bình đồ trực ảnh hàng không tỷ lệ 1/2000
Sai số vị trí điểm kiểm tra tại 19 điểm địa vật rõ nét trên bình đồ trực ảnh vệ tinh so với các điểm tương ứng trên bình đồ trực ảnh hành không, được tính theo công thức:
Trang 4Δ DVAT = √ Δ2
GOC + Δ2
s ∑ Δ2
s
Δs = √ΔY2 + ΔY2 , sai số trung phương vị trí điểm mxy = = 0,987m
n
ΔGOC – Sai số địa vật cho phép trên bình đồ trực ảnh hàng không bằng 0,5mm M.bđ Sai số trung phương vị trí điểm địa vật rõ nét là:
Δ DVAT = √ Δ2
GOC + Δ2
s
- Với kế quả trên cho thấy sử dụng ảnh Quickbird độ phân giải 0,6m nắn ở tỷ lệ 1/5000 bằng phần mềm chuyên dụng PCI Geomatica V9.1 tại các điểm nắn là các điểm khống chế tăng dày nội nghiệp có độ chính xác cao hơn so với các điểm nắn là các điểm địa vật
rõ nét được chọn trên bình đồ trực ảnh hàng không tỷ lệ 1/2000
- Sử dụng toạ độ các điểm khống chế ngoại nghiệp và khống chế tăng dày cũng như các điểm địa vật rõ nét trên bình đồ trực ảnh tỷ lệ 1/2000 hoàn toàn đáp ứng thành lập bình
đồ trực ảnh vệ tinh Quickbird độ phân giải cao phục vụ công tác cập nhật hiện chỉnh bản
đồ địa hình tỷ lệ 1/5000 (phần địa vật)
4 Phần kết luận
- Việc sử dụng ảnh vệ tinh Quickbird độ phân giải cao với kết quả thực nghiệm trên có thể cho phép đo vẽ hiện chỉnh bản đồ địa hình (các yếu tố địa vật)tỷ lệ 1/5000 và nhỏ hơn
- Ứng dụng công nghệ ảnh số và đặc biệt sử dụng bản gốc hiện chỉnh dạng số được thành lập từ ảnh hàng không kết hợp sử dụng thông tin ảnh Quickbird độ phân giải cao sẽ tạo ra sản phẩm hiện chỉnh dạng số, đảm bảo làm cơ sở dữ liệu nền chuẩn để xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và cho phép làm tăng giá trị mạng đa mục đích sử dụng, nhất là việc kiểm soát quy hoạch phát triển đô thị
- Sử dụng ảnh Quickbird độ phân giải cao hiện chỉnh các yếu tố địa vật trên nền gốc hiện chỉnh dạng số mang tính hiệu quả cao và có tính thời sự đối với những vùng có tốc độ biến động rất nhanh trong điều kiện không thể thường xuyên tổ chức bay chụp ảnh từ máy bay được
TS Trần Đình Luật; KS Trần Hồng Hạnh
(Nguồn tin: T/C Đại chính, số 2-4/2006)