Nghiên cứu khả năng sử dụng ảnh hàng không chụp bằng máy bay không người lái UAV trong thành lập bản đồ địa chính Thử nghiệm tại xã Vật Lại huyện Ba Vì thành phố Hà Nội

Nghiên cứu khả năng sử dụng ảnh hàng không chụp bằng máy bay không người lái UAV trong thành lập bản đồ địa chính Thử nghiệm tại xã Vật Lại huyện Ba Vì thành phố Hà Nội Nghiên cứu khả năng sử dụng ảnh hàng không chụp bằng máy bay không người lái UAV trong thành lập bản đồ địa chính Thử nghiệm tại xã Vật Lại huyện Ba Vì thành phố Hà Nội luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐỖ TRỌNG TUẤN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG ẢNH HÀNG KHÔNG CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV) TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH

(Thử nghiệm tại xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

- -

ĐỖ TRỌNG TUẤN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG ẢNH HÀNG KHÔNG CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV) TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH (Thử nghiệm tại xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội)

Chuyên ngành: Quản lý đất đai

Mã số: 60850103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN QUỐC BÌNH

LỜI CAM ĐOAN  

Tôi xin cam đoan, các số liệu và kết quả nghiên cứu được ghi trong luận văn

là trung thực, chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được

cảm ơn, mọi thông tin trích dẫn trong bài luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Đỗ Trọng Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô giáo trong khoa Địa lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, đến các anh chị, bạn bè đã luôn chỉ bảo, hướng dẫn và động viên tận tình trong suốt thời gian làm luận văn

Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn, lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Quốc Bình đã chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp này

Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể cán bộ Phân xưởng Bay chụp Xử lý ảnh thuộc Xí nghiệp Chụp ảnh Hàng không (Công ty TNHH MTV Trắc địa Bản đồ) và Ủy ban Nhân dân xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI 4

1.1 Khái quát về công tác bay chụp ảnh hàng không 4

1.1.1 Khái niệm về công tác bay chụp ảnh hàng không 4

1.1.2 Công tác chụp ảnh hàng không và yêu cầu kỹ thuật trong quá trình bay chụp 4

1.1.3 Khái niệm ảnh số và đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số 9

1.2 Công nghệ bay chụp ảnh hàng không bằng máy bay không người lái 12

1.2.1 Khái quát về máy bay không người lái 12

1.2.2 Thiết bị chụp ảnh trên UAV và công tác xử lý dữ liệu bay chụp 18

1.2.3 Nghiên cứu ứng dụng máy bay không người lái trong thành lập bản đồ 21

1.2.4 Giới thiệu về hệ thống bay chụp ảnh không người lái UX5 23

CHƯƠNG 2: THỬ NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH XÃ VẬT LẠI TỪ ẢNH CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRIMBLE UX5 30

2.1 Giới thiệu về địa bàn thử nghiệm 30

2.1.1 Điều kiện tự nhiên 30

2.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 31

2.1.3 Các tài liệu thu thập được 31

2.2 Quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng công nghệ bay chụp ảnh không người lái 32

2.2.1 Chuẩn bị tài liệu, khảo sát, lập kế hoạch bay 32

2.2.2 Thực hiện bay chụp và đo điểm khống chế ảnh 33

2.2.3 Xử lý ảnh, nắn ảnh và tạo ảnh trực giao 39

2.2.4 Giải đoán và điều vẽ ranh giới thửa đất 44

2.2.5 Biên tập bản đồ 45

2.2.6 Đánh giá độ chính xác 45

2.3 Kết quả thành lập bản đồ địa chính 45

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ

ĐỊA CHÍNH 47

3.1 Phân tích kết quả thử nghiệm so với các quy định hiện hành về bản đồ địa chính 47

3.1.1 Tổng hợp các quy định đối với bản đồ địa chính 47

3.1.2 Đánh giá kết quả bản đồ đạt được 49

3.2 Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái trong đo vẽ bản đồ địa chính 57

3.2.1 Về khả năng triển khai và độ chính xác 57

3.2.2 Về hiệu quả kinh tế 57

3.2.3 Những thuận lợi và khó khăn khi áp dụng ảnh chụp bằng máy bay không người lái vào thành lập bản đồ địa chính 58

3.3 Một số kiến nghị về ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái trong thu thập dữ liệu không gian về đất đai ở Việt Nam 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Độ phủ ngang, dọc của các tấm ảnh 5

Hình 1.2 Drone siêu nhỏ Black Hornet 13

Hình 1.3 Hệ thống UAV Falcon-PARS 13

Hình 1.4 Máy ảnh RCD30 và TC-1235 UAV 14

Hình 1.5 Các mô hình máy không người lái ở Việt Nam 15

Hình 1.6 Máy bay không người lái M-400CT 16

Hình 1.7 Máy bay AV.UAV.S2 17

Hình 1.8 Trực thăng có gắn camera và máy quay phim của FlyCAM 18

Hình 1.9 Máy chu ̣p ảnh hàng không kỹ thuật số khổ lớn Vexcel UltraCamXp 20

Hình 1.10 Thiết bị bay chụp không người lái eBee 22

Hình 1.11 Thiết bị bay chụp không người lái MD4-1000 22

Hình 1.12 Thiết bị bay chụp không người lái Q-200 22

Hình 1.13 Hệ thống Trimble UX5 23

Hình 1.14 Cấu tạo mặt trên của Trimble UX5 24

Hình 1.15 Cấu tạo mặt dưới của Trimble UX5 24

Hình 1.16 Máy ảnh Sony NEX-5R 25

Hình 1.17 Góc chụp, độ cao và diện tích một tấm ảnh chụp tương ứng 25

Hình 1.18 Trạm điều khiển mặt đất của UX5 26

Hình 1.19 Bộ dò tìm thiết bị 27

Hình 1.20 Bệ phóng của UX5 28

Hình 1.21 Cơ cấu các lĩnh vực ứng dụng Trimble UX5 28

Hình 1.22 Các nghiên cứu viên của Đại học Dakota và một phần bãi biển chụp được bằng Trimble UX5 29

Hình 1.23 Sản phẩm mô hình 3D tại Machu Picchu 29

Hình 2.1 Vị trí xã Vật Lại 30

Hình 2.2 Quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng máy bay không người lái 32

Hình 2.3 Những nguy cơ mất an toàn khi cất cánh và hạ cánh 34

Hình 2.4 Hướng thiết kế tuyến bay 34

Hình 2.5 Thiết kế tuyến bay tự động khu chụp xã Vật Lại trên Aerial Imaging 35

Hình 2.6 Bệ phóng máy bay 36

Hình 2.7 Vị trí các điểm khống chế ảnh thực tế 38

Hình 2.8 Sơ đồ các tuyến bay được lựa chọn 40

Hình 2.9 Kết quả tính toán tăng dày khống chế 41

Hình 2.10 Tạo đám mây điểm độ cao của khu đo 42

Hình 2.11 Mô hình số độ cao dạng TIN của khu đo 43

Hình 2.12 Ảnh trực giao khu vực xã Vật Lại 44

Hình 2.13 Giải đoán đối tượng ranh giới thửa 45

Hình 3.1 Tương quan giữa bản đồ giải thửa và bản đồ vẽ nền ảnh 50

Hình 3.2 Quá trình số hóa ảnh bản đồ giải thửa đã nắn 52

Hình 3.3 Quá trình nắn, tạo ảnh trực giao 53

Hình 3.4 Tương quan giữa các đỉnh thửa đo bằng GPS và bản đồ vẽ nền ảnh 54

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Khả năng hoạt động của hệ thống UX5 26

Bảng 2.1 Tọa độ các điểm địa chính cơ sở 38

Bảng 2.2 Tọa độ các điểm khống chế ảnh đo được 39

Bảng 2.3 Bảng sai số của điểm khống chế ảnh sau bình sai 42

Bảng 3.1 Độ chính xác yêu cầu của bản đồ địa chính 48

Bảng 3.2 Sai số nắn ảnh bản đồ giải thửa 50

Bảng 3.3 Sai số bản đồ số hóa nền ảnh tính theo bản đồ Giải thửa 52

Bảng 3.4 Bảng sai số tọa độ của các đỉnh thửa so với kết quả đo GPS 54

Bảng 3.5 Sai số bản đồ số hóa nền ảnh tính theo kết quả đo GPS 56

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CCD (Charge Coupled Device) Bộ cảm biến ánh sáng GPS (Global Position System) Hệ thống định vị toàn cầu UAV (Unmanned Aerial Vehicle) Máy bay không người lái

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận văn

Công nghệ Viễn thám và Ảnh số trên thế giới đã và đang phát triển rất đa dạng, với nhiều thiết bị thu nhận các hình ảnh có độ phân giải mặt đất rất cao, có thể được thu nhận từ cự ly rất gần vài chục mét cho đến khoảng cách rất xa hàng trăm kilômét Dựa trên công nghệ khác nhau mà hiện nay người ta chia ra các loại hình thu nhận hình ảnh mặt đất như: chụp ảnh vệ tinh, chụp ảnh hàng không bằng máy bay có người lái, bằng máy bay không người lái (UAV) và công nghệ quét LiDAR

Trong các loại hình công nghệ nêu trên thì có loại đã được phát triển và ứng dụng từ lâu, cũng có loại mới được ứng dụng rộng rãi gần đây Tuy nhiên, mỗi công nghệ đều có những ưu điểm và nhược điểm, áp dụng sao cho phù hợp vào tùy từng lĩnh vực, từng ngành khác nhau Một trong những lĩnh vực rất quan trọng mang tầm quốc gia đó là quản lý đất đai Việc sử dụng tài nguyên đất đai là nhiệm vụ quan trọng, được đưa lên hàng đầu không chỉ tại Việt Nam mà còn ở tất cả các quốc gia trên thế giới nhằm phát triển một cách bền vững Một công việc không thể thiếu để quản lý chặt chẽ và hiệu quả nguồn tài nguyên đất đai là đo vẽ bản đồ địa chính, một thành phần quan trọng của hồ sơ địa chính

Ở Việt Nam cũng đã áp dụng rất nhiều phương pháp tự nghiên cứu cũng như thừa hưởng những phát minh tiên tiến trên thế giới để đáp ứng nhu cầu quản lý đất đai của mình trong công tác thành lập bản đồ địa chính số Trong đó không thể không kể đến công nghệ chụp ảnh hàng không, phổ biến nhất là ảnh hàng không chụp bằng máy bay có người lái, đã được triển khai ở Việt Nam từ lâu, công nghệ này cũng liên tục được cải tiến để ngày càng hiệu quả cũng như bắt kịp tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới Mặc dù vậy, với công nghệ này vẫn tồn tại một số nhược điểm như: chi phí bay chụp còn cao, phụ thuộc nhiều vào thời tiết, không cập nhật được thường xuyên tính hiện thời của thực địa Những nhược điểm này cần được khắc phục, bù lấp bằng công nghệ mới tốt hơn và kinh tế hơn Điển hình nhất đó là

công nghệ chụp ảnh bằng máy bay không người lái (UAV) đang dần phát triển mạnh Đây là một hướng mới nên cần những nghiên cứu sâu rộng hơn và đánh giá nghiêm túc trong quá trình thử nghiệm thực tế, nhằm tận dụng tốt nhất những đặc điểm kỹ thuật nổi trội của các hệ thống bay chụp ảnh không người lái vào thành lập bản đồ địa chính nói riêng cũng như trong vấn đề quản lý đất đai nói chung ở Việt Nam

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu, đánh giá đặc điểm và tính năng kỹ thuật của hệ thống bay chụp ảnh không người lái UX5 của hãng Trimble, từ đó xác định khả năng ứng dụng công nghệ này trong đo đạc địa chính thông qua thử nghiệm tại khu đo xã Vật Lại, huyện Ba Vì, TP Hà Nội

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đề ra, nhiệm vụ nghiên cứu cần thực hiện bao gồm:

- Tổng hợp và nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của hệ thống bay chụp ảnh không người lái Trimble UX5

- Thử nghiệm thành lập bản đồ địa chính ở xã Vật Lại, huyện Ba Vì, TP Hà Nội

- Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái trong đo đạc địa chính

4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi không gian nghiên cứu: Đề tài được thực hiện trên địa bàn xã Vật

Lại, huyện Ba Vì, TP Hà Nội

Phạm vi khoa học: Đề tài giới hạn nghiên cứu ở vấn đề ứng dụng công nghệ

bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái trong đo đạc địa chính ở Việt Nam

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu: thu thập phân tích các tài liệu kĩ

thuật về hệ thống Trimble UX5 và hiện trạng địa bàn thử nghiệm

Phương pháp đo ảnh số: xử lý ảnh, nắn ảnh và tạo bình đồ ảnh trực giao Phương pháp trắc địa vệ tinh: đo điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp

Phương pháp đoán đọc và điều vẽ ảnh: được sử dụng để giải đoán và điều vẽ

ranh giới thửa đất trên nền bình đồ ảnh tạo được

6 Kết quả đạt được

Đưa ra được những đánh giá về khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái trong thành lập bản đồ địa chính

7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung chính của luận văn gồm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH

BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI

1.1 Khái quát về công tác bay chụp ảnh hàng không

1.1.1 Khái niệm về công tác bay chụp ảnh hàng không

Chụp ảnh hàng không là việc sử dụng các thiết bị bay trên không như khinh khí cầu, tàu lượn, máy bay, để mang máy ảnh lên cao chụp bề mặt của mặt đất Sản phẩm của chụp ảnh hàng không là các tấm ảnh theo một tỷ lệ phù hợp với mục đích sử dụng và dựa vào các tấm ảnh đó ta có thể tiến hành đo vẽ thành lập bản đồ gốc hoặc đoán đọc điều vẽ các địa vật chụp được trên ảnh [6]

Có 2 loại máy chụp ảnh chuyên dụng được sử dụng trong quá trình chụp ảnh hàng không là máy chụp ảnh tương tự (chụp phim) và máy chụp ảnh số

1.1.2 Công tác chụp ảnh hàng không và yêu cầu kỹ thuật trong quá trình bay chụp

a Khái niệm

Công tác bay chụp là một trong những công đoạn quan trọng nhất của quá trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh Công tác bay chụp thường được thực hiện trong điều kiện thời tiết tốt, trời trong ít mây bởi vì các đám mây sẽ che khuất các chi tiết địa hình, địa vật của bề mặt thực địa trên ảnh chụp được

Dựa theo giá trị sử dụng của ảnh chụp và phương thức chụp, người ta chia

ra các hình thức chụp ảnh sau [5]:

- Chụp ảnh đơn: Là chụp ảnh từng vùng nhỏ của khu đo theo từng tấm ảnh

riêng biệt Các tấm ảnh chụp kề nhau không có liên kết hình học với nhau Chụp ảnh đơn được dùng cho điều tra khảo sát, do thám quân sự, trên những vùng tương đối nhỏ, hoặc để chụp ảnh bổ sung các khu vực chụp sót, chụp thiếu

- Chụp ảnh theo tuyến: Là chụp theo một tuyến đã bố trí sẵn Giữa các tấm

ảnh kề nhau trên một tuyến có độ phủ lên nhau và được gọi là độ phủ dọc, kí hiệu là

p, đơn vị tính là % của kích thước tấm ảnh:

100%

l

l

p  x (1.1)

Trong đó: l - kích thước của tấm ảnh;

l x - kích thước của phần phủ theo hướng dải bay

Hình 1.1 Độ phủ ngang, dọc của các tấm ảnh [6]

Chụp ảnh theo tuyến được ứng dụng rộng rãi để giải quyết những vấn đề về dân sự, quân sự, trong nghiên cứu khoa học, điển hình là khảo sát các đối tượng dạng tuyến như hệ thống giao thông, hệ thống thuỷ văn, thủy lợi, đường địa giới v.v Trong đo vẽ địa hình, chụp ảnh theo tuyến được dùng cho việc bố trí các dải bay chặn theo hướng vuông góc với các dải bay chụp theo nhiều tuyến Việc bố trí

dải bay chặn như thế cho phép ta giảm được khá nhiều điểm khống chế ngoại

nghiệp góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế

- Chụp ảnh theo khối (nhiều tuyến): Phương pháp này còn gọi là chụp ảnh

theo diện tích là chụp theo nhiều tuyến dải bay thẳng, song song và cách đều nhau

Các tấm ảnh kề nhau trong cùng dải bay được liên kết với nhau bằng độ phủ dọc p,

các tấm ảnh trên hai dải bay kề nhau được liên kết với nhau bằng độ phủ ngang Độ

phủ ngang của ảnh hàng không được ký hiệu bằng q và được xác định theo công

l y - kích thước phần phủ của hai ảnh trên 2 dải bay kề

Thường người ta quy định độ phủ dọc là 60% và độ phủ ngang khoảng 30% Trong trường hợp cụ thể tùy theo loại địa hình, tùy theo yêu cầu sử dụng ảnh, các độ phủ này có thể thay đổi, nhưng không nhỏ hơn các giá trị trên

Dựa theo tỷ lệ trung bình của ảnh chụp, người ta chia ra như sau: Chụp ảnh

tỷ lệ lớn, tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ

Khi chụp thẳng, tỷ lệ ảnh hàng không là hàm số của độ cao bay chụp H bc,

tiêu cự kính vật máy ảnh f k , còn khi chụp nghiêng ngoài H bc và f k ra tỷ lệ ảnh còn phụ thuộc vào góc nghiêng  của trục quang máy chụp ảnh khi lộ quang so với đường dây dọi và tung độ y của điểm ảnh trên ảnh Vì vậy:

),,,(H f 0 y F

m

Thông thường, tỷ lệ ảnh được phân thành 3 loại sau:

- Chụp ảnh tỷ lệ lớn khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp lớn hơn 1:10.000

- Chụp ảnh tỷ lệ trung bình là khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp từ 1:10.000 - 1:30.000

- Chụp ảnh tỷ lệ nhỏ là khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp nhỏ hơn 1:30.000 Quan hệ giữa tỷ lệ ảnh chụp và tỷ lệ bản đồ cần thành lập được thể hiện bằng công thức [6]:

m C M (1.4)

Trong đó: m - mẫu số tỷ lệ của ảnh hàng không

C - hệ số kinh tế, theo các kết quả nghiên cứu lý luận và thực tiễn, hệ số C thường được lựa chọn từ 130 - 400 với từng loại tỷ lệ bản đồ cần thành lập theo phương pháp lập thể và tuỳ thuộc vào phương tiện kỹ thuật sử dụng

M - mẫu số tỷ lệ bản đồ cần thành lập

b Yêu cầu kĩ thuật trong quá trình bay chụp

- Tính toán các thông số chụp ảnh: Khi lập thiết kế bay chụp, ngoài việc lựa

chọn tỷ lệ chụp ảnh, độ cao bay chụp và tiêu cự máy chụp, cần phải tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản sau:

Số ảnh cần chụp trong khu đo là tổng số ảnh cần chụp trong từng dải bay được tính như sau:





 n

k k

N N

B

L Int

N với L xk là chiều dài của dải bay thứ k;

Y

Y

B

L Int

n với L Y là độ rộng của khu bay chụp

- Lập bản đồ bay: Bản đồ được sử dụng để thực hiện quá trình bay chụp ảnh

được gọi là bản đồ bay chụp Bản đồ bay chụp có thể chia làm hai loại riêng biệt: bản đồ bay và bản đồ chụp Bản đồ bay dùng cho phi công và hoa tiêu chụp ảnh để định hướng chung, còn bản đồ chụp dùng cho hoa tiêu định hướng chi tiết khi chụp ảnh Khi bản đồ bay có đầy đủ các nội dung như bản đồ chụp thì có thể sử dụng làm bản đồ chụp Thông thường, người ta sử dụng bản đồ tỷ lệ 1:100.000 - 1:500.000 làm bản đồ bay chụp khi thành lập bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ 1:50.000 - 1:100.000 làm bản đồ bay chụp khi chụp ảnh tỷ lệ lớn [6]

Trên bản đồ chụp cần thể hiện các chi tiết sau:

+ Ranh giới toàn bộ diện tích khu chụp và ranh giới từng khu chụp riêng biệt + Các tuyến bay với độ dài của tuyến, khoảng cách giữa các tuyến và số lượng tấm ảnh chụp trên mỗi tuyến bay

+ Các địa vật định hướng trên từng tuyến bay

+ Các đặc trưng địa hình, như đỉnh núi, thung lũng với cao độ được ghi chú

rõ ràng và độ cao bay trung bình của khu chụp

+ Các đặc điểm khí hậu, như hướng gió, tốc độ gió

+ Trong một số trường hợp, như khi khoảng cách giữa các tuyến bay tương đối nhỏ không thuận lợi cho việc lượn vòng của máy bay để vào đường bay tiếp cần

thể hiện phương pháp bay lượn trên bản đồ bay chụp

Khi ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS trong dẫn đường bay thì công tác bay có thể hoàn toàn được thực hiện một cách tự động

Khi bay chụp bằng thiết bị bay không người lái thì phạm vi khu đo thường nhỏ, do vậy trước bay chụp cần phải thu thập các nguồn tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn 1:5.000 hoặc các bản đồ có tỷ lệ trung bình 1:10.000 phục vụ cho việc thiết kế tuyến bay Hiện nay, đa số các thiết bị bay không người lái phục vụ bay chụp ảnh đều được trang bị phần mềm thiết kế tuyến bay và cho phép sử dụng dữ liệu ảnh từ Google Earth [7]

1.1.3 Khái niệm ảnh số và đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số

a Khái niệm

Ảnh số là một mảng hai chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thước được gọi là điểm ảnh (pixel) [1] Mỗi một pixel được xác định bằng: tọa độ hàng, tọa độ cột và độ xám Độ xám của mỗi pixel được mã hóa theo đơn vị thông tin là bit Thường thì pixel của ảnh toàn sắc được mã hóa theo 8 bit tức là 28 = 256 bậc độ xám Với ảnh màu được tổ hợp từ ba kênh: R, G, B với mỗi kênh được mã hóa theo

độ xám khác nhau Mỗi kênh có tối đa 256 bậc độ xám thì ảnh màu sẽ có tối đa 2563

= 16777216 màu, đồng nghĩa với việc để mã hóa một pixel trong ảnh màu cần đến 3×8 = 24 bit lưu trữ

Mỗi điểm ảnh tương ứng với một pixel được mô tả bằng hàm số: F(x,y,D) với các biến là tọa độ điểm ảnh (x,y) và giá trị độ xám của nó (D)

Với giá trị hàm được giới hạn trong phạm vi các số nguyên dương và có thể viết là: 0 < F < Fmax, trong đó Fmax là lượng thông tin tối đa được lưu trữ (Fmax = 256 với ảnh 8 bit)

Nếu mô tả một ảnh màu thì mỗi thành phần màu cơ bản (màu đỏ-R, màu

lục-G, màu lam-B) của ảnh sẽ được biểu diễn bằng các hàm số ảnh thành phần, tức là:

Như vậy ảnh số là 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 n) cột và (1 m) hàng Tức là:

1  x  n-1 ; 1  y  m-1 Tọa độ của một điểm ảnh trên ảnh số sẽ được xác định theo công thức (1.9):

x i = x o + ix

y j = y o + jy (1.9)

Trong đó: i = 0, 1, 2, , m-1

j = 0, 1, 2, , n-1

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

Độ xám của ảnh sẽ được lấy mẫu và sắp xếp theo ma trận độ xám [5]:

Trong đó: d i,j là mức xám của pixel ảnh ở cột i và hàng j của ma trận

b Độ phân giải của ảnh số

- Độ phân giải hình học là khoảng cách hình học tối thiểu giữa hai đối tượng

mà chúng phân chia và tách biệt với nhau trên ảnh Biểu thị cho độ phân giải không gian là: kích cỡ pixel và dpi (dots per inch); Kích cỡ pixel thể hiện độ rộng của một pixel, thường tính theo đơn vị m Kích cỡ pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng cao; Đơn vị đo độ phân giải dpi là thể hiện số lượng pixel chứa trong 1 inch (2,54 cm) chiều dài Số pixel trên 1 inch càng nhiều thì độ phân giải càng cao Mối quan

hệ giữa hai đơn vị đo trên được biểu diễn bằng công thức sau:

, (1.11)

Trong máy chụp ảnh số, người ta gọi độ phân giải của ảnh theo số lượng pixel của bản thân tấm ảnh tương ứng với số hàng nhân số cột của ảnh số, thường lấy đơn vị là MP-Mega Pixel

- Độ phân giải độ xám là sự chênh lệch nhỏ nhất về độ xám mà hai pixel có thể phân biệt với nhau trên ảnh [1] Độ phân giải độ xám được xác định bởi số bậc

độ xám của một pixel, thường lấy 256 bậc để biểu thị độ xám trong ảnh toàn sắc và

2563 bậc màu trong ảnh màu

Kích thước tấm ảnh: là số hàng và cột trên mỗi tấm ảnh

c Các đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số

- Ảnh được chụp theo hướng vuông góc với mặt đất, trên cùng một tấm ảnh

tỷ lệ không đồng nhất

- Gốc tọa độ ảnh: Mỗi pixel được xác định bằng tọa độ hàng và cột, hệ tọa độ ảnh thường có điểm 0 ở góc trên bên trái và tăng dần từ trái sang phải đối với chỉ số cột và từ trên xuống đối với chỉ số hàng

- Số kênh phổ: thông thường đối với máy chụp ảnh phổ thông, số kênh phổ trên mỗi tấm ảnh là 3 kênh tương đương với các màu cơ bản Red, Green, Blue (RGB) Với các máy ảnh kỹ thuật số tiên tiến hiện nay, một máy có chức năng chụp với 5 kênh phổ gồm: ảnh Pan (toàn sắc), ảnh màu RGB, ảnh NIR (cận hồng ngoại)

- Các nguyên tố định hướng trong của ảnh số được xác định bởi: tiêu cự của máy ảnh, gốc tọa độ, số hàng và số cột, độ phân giải của ảnh

1.2 Công nghệ bay chụp ảnh hàng không bằng máy bay không người lái

1.2.1 Khái quát về máy bay không người lái

Có hai thuật ngữ để định nghĩa về máy bay không người lái, đó là:

- UAV (Unmanned Aerial Vehicle) là phương tiện bay không người lái Theo đúng nghĩa của nó thì hoàn toàn không có phi công lái mà nó được điều khiển

từ xa hoặc cũng có thể bay theo một lịch trình được thiết lập sẵn

- UAS (Unmanned Aircraft System) là hệ thống máy bay không người lái, định nghĩa này để nhấn mạnh các hệ thống không chỉ bao gồm máy bay mà còn bao gồm cả trạm kiểm soát trên mặt đất và một số thiết bị/yếu tố khác kèm theo trên máy bay [14]

Với hai khái niệm trên có thể thấy điểm khác nhau ở chỗ UAV chỉ đơn thuần

là một thiết bị bay có điều khiển từ xa, còn UAS là cả một hệ thống phức tạp kèm theo cả trên thiết bị bay và cả trạm điều khiển trên mặt đất Tuy nhiên, khi nhắc đến máy bay không người lái thì người ta thường nghĩ đến khái niệm UAV hơn vì nó đơn giản và dễ hiểu

a Trên thế giới

Các hệ thống UAV được phát triển và ứng dụng từ những năm 1916, chủ yếu vào lĩnh vực cứu hộ và quân sự Những nước đã phát triển mạnh hệ thống UAV từ lâu là Đức, Hoa Kỳ, Liên Xô cũ (bây giờ là Nga), và gần đây là một số nước như Israel, Trung Quốc, Nhật Bản, Dưới đây, luận văn sẽ mô tả khái quát một số hệ thống UAV tiêu biểu trên thế giới

1 Máy bay drone trinh sát siêu nhỏ PD-100 Black Hornet

Black Hornet là một chiếc máy bay drone siêu nhỏ, được thiết kế phát triển bởi Công ty Prox Dynamics có trụ sở tại Na Uy và Mỹ, có thể đặt vừa giữa 2 ngón

tay hoặc cho gọn gàng vào túi áo như bất cứ vật dụng bình thường nào khác Trang

bị chủ yếu của Black Hornet là camera nhằm phục vụ công tác do thám quân sự mà không bị phát hiện Người lính chỉ cần sử dụng cần điều khiển bằng một tay và theo dõi hình ảnh được truyền trực tiếp từ con bọ này Black Hornet có thể quay lại video thông thường hoặc hồng ngoại, hoạt động trong phạm vi khoảng 1,6 km tính

từ nơi điều khiển và có thể bay suốt 25 phút [20]

Hình 1.2 Drone siêu nhỏ Black Hornet (nguồn Internet)

2 Hệ thống UAV Falcon-PARS của Nhật

Hình 1.3 Hệ thống UAV Falcon-PARS

Falcon-PARS là một hệ thống chụp ảnh hàng không siêu nhỏ của Nhật được chế tạo theo công nghệ của Đức bao gồm thiết bị bay UAV được lắp thêm máy chụp ảnh phổ thông có gắn GPS và phần mềm chuyên dụng để xử lý hình ảnh chụp UAV này là một thiết bị nhỏ gọn và nhẹ, với 8 cánh quạt, có thể bay ở 2 chế độ có người điều khiển và bay tự động, cho phép chụp ảnh treo tại một điểm, cất hạ cánh thẳng đứng trong một không gian hẹp, di chuyển dễ dàng, rất hiệu quả cho khu vực

có bán kính khoảng 300m Phần mềm xử lý ảnh số có thể tạo lập được các ảnh ghép, ảnh trực giao bởi các tham số định hướng ngoài mà không cần các điểm khống chế mặt đất Phần mềm cũng có thể xử lý để tạo ra mô hình số bề mặt DSM

và sản phẩm bình đồ trực ảnh Thiết bị UAV này cũng cho phép dễ dàng lắp nhiều loại máy chụp ảnh số phổ thông khác nhau, thậm chí cả máy chụp ảnh cận hồng ngoại [9]

3 Hệ thống máy ảnh RCD30 và UAV TC-1235 của Thụy Sĩ

Hình 1.4 Máy ảnh RCD30 và TC-1235 UAV

Hãng Leica Geosystems và Swissdrones đã phối hợp để sản xuất hệ thống máy ảnh RCD30 kết hợp với hệ thống TC-1235 UAV dùng để chụp ảnh phục vụ công tác thành lập bản đồ địa hình và bản đồ 3D cho các khu vực khai thác mỏ Giải pháp này cho phép có thể được vận hành một cách an toàn trong điều kiện môi

trường khắc nghiệt TC-1235 UAV có tính năng thiết kế không kém độc đáo, cung cấp tải trọng cao, độ bền lâu dài, kiểu bay ổn định và mức độ an toàn cao

b Ở Việt Nam

Những năm gần đây, trước những đòi hỏi từ nhu cầu thực tiễn của đời sống kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng đã xuất hiện những mô hình máy bay không người lái Đầu tiên là những chiếc máy bay mô hình được nhập ngoại giá rẻ từ vài trăm đến hàng chục ngàn đô la để phục vụ vui chơi giải trí của nhóm thành viên đam mê kỹ thuật bay lượn trong các câu lạc bộ hàng không Chủng loại và kiểu dáng phổ biến là máy bay cánh bằng và trực thăng được thiết kế gần giống các loại máy bay dân dụng (ATR-72), máy bay chiến đấu (Su27, F18, ), máy bay thể thao (YAK, SBACH, ), thủy phi cơ (BEAVER) [8]

Hình 1.5 Các mô hình máy không người lái ở Việt Nam

Trong lĩnh vực quân sự, nhu cầu cần có mục tiêu bay trong các cuộc diễn tập lực lượng phòng không hàng năm trở nên rất cấp thiết Do vậy, ngay từ năm 2001, Ban Mục tiêu bay, Viện Kỹ thuật Phòng không Không quân bắt đầu triển khai dự án

“Thiết kế chế tạo máy bay không người lái điều khiển theo chương trình” Sau hơn

4 năm nghiên cứu và thử nghiệm trên nhiều mẫu máy bay, Viện đã sản xuất thành công 2 chiếc máy bay M-400CT mang phiên hiệu 405, 406 thuộc loại cánh bằng

Để có được máy bay này Viện đã phải trải qua quá trình nghiên cứu cải tiến theo hướng điều khiển mục tiêu bay phiên bản M-100 theo chương trình định trước Các

mục tiêu bay trên được điều khiển bằng vô tuyến từ mặt đất, nó có thể bay trong tầm quan sát của mắt thường Hàng năm, những mục tiêu này được sản xuất đưa vào phục vụ công tác huấn luyện, đáp ứng được nhu cầu bắn luyện tập của lực lượng pháo phòng không, tên lửa tầm thấp trong một thời gian dài, Song những mục tiêu này vẫn có những yếu điểm: độ cao thấp, tốc độ nhỏ, Công nghệ gia công chế tạo và lắp ráp các mô hình bay nói chung và UAV nói riêng tại Việt Nam hiện nay còn gặp rất nhiều khó khăn bởi thị trường trong nước, những thiết bị điện,

cơ khí phục vụ riêng cho ngành hàng không hầu như không có [10]

Hình 1.6 Máy bay không người lái M-400CT

Ngày 25/5/2013, 06 máy bay không người lái (thuộc 02 mẫu máy bay AV.UAV.S1 và AV.UAV.S2) do Viện Công nghệ không gian – HTI thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam chế tạo đã cất cánh tại bãi biển huyện Vạn Ninh, tỉnh Khánh Hòa, cách thành phố Nha Trang 100km về phía Bắc, bắt đầu chương trình bay phục vụ nghiên cứu khoa học biển trên vùng biển miền Trung Đây là chương trình nghiên cứu khoa học phối kết hợp giữa Viện Hải dương học,

Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang và Viện Công nghệ Không gian

Hình 1.7 Máy bay AV.UAV.S2

Trong lĩnh vực dân sự, thị trường quay phim, chụp ảnh từ máy bay ở độ cao thấp dưới 1000m đang bước đầu hình thành và chứa dựng tiềm năng lớn Nắm bắt được cơ hội này, từ năm 2006, một nhóm thành viên của Câu lạc bộ hàng không đã lập ra công ty FlyCAM với mục đích thực hiện các dịch vụ quay phim, chụp ảnh từ trên không bằng máy bay mô hình Sau nhiều năm nghiên cứu, FlyCAM đã có được những chiếc máy bay mô hình gắn các thiết bị công nghệ tiên tiến nhất trong lĩnh vực quay phim và chụp ảnh trên không, cho ra những bức ảnh, thước phim có chất lượng cao nhất, chi phí thấp hơn rất nhiều so với việc thuê máy bay thật để chụp ảnh [8]

Hình 1.8 Trực thăng có gắn camera và máy quay phim của FlyCAM

1.2.2 Thiết bị chụp ảnh trên UAV và công tác xử lý dữ liệu bay chụp

a Máy chụp ảnh kỹ thuật số phổ thông

Máy chụp ảnh số phổ thông là loại máy ảnh số thông dụng trên thị trường phục vụ cho mục đích chính là chụp ảnh nghệ thuật Đối với đo ảnh, các máy chụp ảnh loại này có các thuật ngữ gọi là: non-metric digital camera, amateur digital camera, unprofessional digital camera Đó là các máy không chuyên dụng cho đo ảnh Các loại máy này có độ phân giải ngày càng cao và giá thành rẻ, cơ động, dễ chụp và hiện đại [1]

Về đặc điểm cấu tạo, máy chụp ảnh số phổ thông có các phần chính như: thân máy chứa các bộ phận cấu thành, hệ thống kính vật cùng bộ điều chỉnh chế độ thu phóng, bộ cảm biến CCD nhận ảnh, các vi mạch điện tử, thẻ nhớ lưu trữ hình ảnh chụp dạng số, các phím điều chỉnh các chức năng chụp theo phần mềm có trong máy Ngoài ra, máy chụp ảnh số còn có các bộ phận phụ trợ khác như: đèn Flash, màn hình hiển thị, pin sạc,…

b Kiểm nghiệm máy chụp ảnh số phổ thông

Các sai số hệ thống trong đo ảnh sẽ gây nên sai lệch vị trí điểm ảnh nên cần được loại trừ, các loại sai số này bao gồm [1]:

- Sai số do chiết quang khí quyển và độ cong trái đất

- Sai số do biến dạng phim ảnh

- Sai số do độ lệch các yếu tố định hướng trong

- Sai số do méo hình kính vật

Đối với đo ảnh khoảng cách gần dùng máy chụp ảnh số phổ thông: sai số do chiết quang, độ cong trái đất chưa cần quan tâm vì khoảng cách chụp gần trong không gian hẹp Sai lệch biến dạng phim ảnh là nói đến chụp ảnh truyền thống, sai

số này hiệu chỉnh nhờ các mấu khung tọa độ tuy nhiên ảnh số của máy chụp ảnh số phổ thông không có mấu khung tọa độ, ảnh số này được tạo nên nhờ mảng CCD Công nghệ nano sắp xếp các tế bào quang điện tạo mảng CCD là rất chính xác, sự tạo ảnh trên CCD là gần như không có sai số, các sai số này sẽ được kiểm định và hiệu chỉnh tổng hợp cùng sai số méo hình Hệ thống kính vật của máy chụp ảnh số phổ thông tuy có thể đạt chất lượng cao, cho hình ảnh sắc nét nhưng ảnh số được tạo chỉ nhằm mục đích nghệ thuật, sự xê dịch vị trí điểm ảnh bởi méo hình kính vật rất lớn vì tính không chuyên dụng cho đo ảnh và chế độ thu phóng lúc chụp

Như vậy, các thông số kiểm định ảnh của máy chụp ảnh số phổ thông là các yếu tố định hướng trong: tiêu cự, tọa độ điểm chính ảnh và các hệ số méo hình Các thông số này là một phần không thể thiếu của đo ảnh nói chung, nó phục vụ công tác định hướng trong khôi phục chùm tia xây dựng mô hình, hiệu chỉnh sự xê dịch

vị trí điểm ảnh nâng cao độ chính xác Nếu không có các thông số này ảnh phổ thông chỉ có ý nghĩa “nghệ thuật” thuần túy Khi nhà sản xuất cung cấp máy chụp ảnh số phổ thông thì chỉ cung cấp khoảng cao tiêu cự dao động, không cung cấp tọa

độ điểm chính ảnh, hệ số méo hình Do vậy vấn đề kiểm định các thông số máy chụp ảnh số phổ thông là nhiệm vụ cần quan tâm hàng đầu

c Máy chụp ảnh kỹ thuật số chuyên dụng

Đặc điểm của máy chụp ảnh chuyên dụng trong bay chụp ảnh phục vụ viễn thám và công nghệ ảnh số là những máy có cấu tạo phức tạp, cồng kềnh, có trọng lượng lớn, năng lượng để hoạt động cũng lớn và điểm mấu chốt là giá thành rất cao nên không thể tích hợp được trên thiết bị bay không người lái có kích thước nhỏ

Xu hướng phát triển hệ thống bay chụp không người lái, ngoài yếu tố đảm bảo kỹ thuật còn phải đảm bảo được hiệu quả kinh tế so với các hệ thống bay chụp truyền thống nên việc áp dụng máy chụp ảnh chuyên dụng là điều không thể Lấy ví

dụ như máy chụp ảnh số Vexel UltraCamXp ở dưới có kích thước và khối lượng rất lớn, có thể lên đến hơn 100kg cho đầy đủ một hệ thống máy chụp

Hình 1.9 Máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số khổ lớn Vexcel UltraCamXp

d Công tác xử lý dữ liệu bay chụp

Một số vấn đề chính trong xử lý dữ liệu từ bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái như sau:

- Sau mỗi ca bay cần kiểm tra ngay tại thực địa về số lượng ảnh chụp được

có đủ với yêu cầu thiết kế hay chưa, nếu chưa thì cần bay bù ngay

- Để đưa ra được kết quả tính toán theo yêu cầu của sản phẩm thì cần đồng

bộ tất cả các nguồn dữ liệu đầu vào về một hệ tọa độ thống nhất trước khi xử lý như: điểm khống chế, tọa độ tâm ảnh,

1.2.3 Nghiên cứu ứng dụng máy bay không người lái trong thành lập bản đồ

Hiện nay, trên thế giới đang rất quan tâm chú ý đến nghiên cứu ứng dụng máy bay không người lái trong thành lập bản đồ Có rất nhiều hãng công nghệ tham gia vào mảng nghiên cứu ứng dụng ảnh chụp từ thiết bị UAV để xây dựng nhiều loại bản đồ khác nhau như: hiện trạng sử dụng đất, mô hình 3D độ chính xác cao, bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, bình đồ ảnh trực giao, mô hình số độ cao DEM,…

Một vài hãng công nghệ nổi tiếng đã và đang nghiên cứu công nghệ này như: Trimble của Mỹ, SenseFly của Thụy Sĩ, MosaicMill Oy của Phần Lan, Racurs của Nga, Microdrones GmbH của Đức, QuestUAV Ltd của Anh,… Tuy nhiên mỗi hãng lại có những hướng nghiên cứu riêng cho ra các sản phẩm khác nhau; hãng thì chỉ tập trung nghiên cứu phần mềm hỗ trợ xử lý ảnh chụp từ UAV, có hãng cho ra cả một hệ thống bay chụp ảnh bằng UAV kèm theo bộ phần mềm xử lý chuyên dụng được tối ưu với chính hệ thống họ tạo ra

Các hãng nghiên cứu hiện nay chủ yếu tạo ra những thiết bị bay không người lái được thiết kế chuyên dụng trong chụp ảnh trên không bằng việc sử dụng máy ảnh kỹ thuật số phổ thông có giá thành tương đối rẻ Thiết bị bay chuyên dụng này được thiết kế tối ưu nhất cho cân bằng áp suất cũng như độ ổn định của máy bay nhằm giảm thiểu sai số bay chụp Bên cạnh đó thì kích thước, trọng lượng của thiết

bị cũng được chú trọng làm sao để có thể cơ động trong sử dụng và thời lượng bay chụp được lâu nhất Bộ thu GPS độ chính xác cao cũng được tích hợp để phục vụ cho dẫn đường và định vị vị trí tâm ảnh bay chụp; hai phương pháp đo được sử dụng là định vị độc lập và đo pha động thời gian thực RTK

Dưới đây là vài ví dụ về các thành quả nghiên cứu của các hãng công nghệ lớn:

- Hệ thống bay chụp ảnh eBee cùng bộ phần mềm xử lý ảnh sau bay chụp Postflight Terra 3Dcủa hãng SenseFly

Hình 1.10 Thiết bị bay chụp không người lái eBee

- Hệ thống bay chụp ảnh MD4-1000 của hãng Microdrones GmbH

Hình 1.11 Thiết bị bay chụp không người lái MD4-1000

- Hệ thống bay chụp ảnh Q-200 của hãng QuestUAV Ltd

Hình 1.12 Thiết bị bay chụp không người lái Q-200

1.2.4 Giới thiệu về hệ thống bay chụp ảnh không người lái UX5

Hệ thống bay chụp ảnh không người lái UX5 do hãng Trimble chế tạo và sản xuất

Hình 1.13 Hệ thống Trimble UX5

a Thân máy bay Trimble UX5

Thân máy bay Trimble UX5 bao gồm hai bộ phận chính là thân vỏ và eBox eBox được coi là bộ não của hệ thống với các vi mạch xử lý và trình điều khiển bay, eBox kết nối với anten GPS và anten radio kết nối với trạm điều khiển mặt đất để điều khiển máy bay Thân máy bay có khung được ghép bởi các thanh Cacbon chịu lực, còn phần vỏ được cấu tạo bởi loại xốp EPP composite siêu nhẹ nên trọng lượng của máy bay chỉ khoảng 2,5kg Chất liệu này có khả năng chịu nhiệt và chịu lực tốt giúp cho máy bay hạ cánh bằng bụng an toàn hơn

Sải cánh máy bay dài 1m và diện tích cánh là 0,34m2 giúp máy bay lượn và cân bằng áp suất tốt hơn khi thực hiện bay chụp

Cấu tạo chi tiết từng thành phần trong thân máy bay được thể hiện trong hình 1.14 và 1.15 dưới đây

1- Thân máy bay 6- eBox 10- Cổng cáp trút dữ liệu

2- Gờ trước cánh máy bay 7- Bộ đo áp suất không khí 11- Càng điều khiển cánh lái ngoài 3- Ngăn chứa thiết bị kĩ thuật 8- Anten GPS 12- Cánh lái trong

5- Máy ảnh

Hình 1.14 Cấu tạo mặt trên của Trimble UX5 [14]

1- Lỗ ống kính chụp ảnh 3- Động cơ máy bay 5- Cánh quạt

2- Mấu kết nối với bệ phóng 4- Đai giữ cánh quạt máy bay 6- Cánh nhỏ

Hình 1.15 Cấu tạo mặt dưới của Trimble UX5 [14]

b Máy ảnh

Trimble đặt hàng riêng với hãng Sony để sản xuất máy ảnh kỹ thuật số Sony NEX-5R có cảm biến APS – C với độ phân giải là 16,1 MP

Hình 1.16 Máy ảnh Sony NEX-5R

Sony NEX5R có hệ thống ống kính quang học tiêu cự cố định (15 mm fixed optics voigtlander lens) Trường ống kính mở rộng hơn so với các hệ thống máy ảnh được gắn trên các hệ thống máy bay khác (76,15o) Việc này giúp tăng độ phủ giữa các tấm ảnh, giảm thiểu tuyến bay và nâng cao hiệu quả trong công tác bay chụp xử lý ảnh Kích thước ảnh chụp là 3264×4912 pixel

-Hình 1.17 Góc chụp, độ cao và diện tích một tấm ảnh chụp tương ứng [14]

Dưới đây là bảng đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống UX5

Bảng 1.1 Khả năng hoạt động của hệ thống UX5 [14]

Khả năng bay trung bình (km 2 ) một ngày (tính từ 10h đến 16h) Tương ứng với độ chồng phủ Tương ứng với độ chồng phủ

Trạm điều khiển mặt đất GCS (Ground Control Station) được sử dụng để điều khiển máy bay UX5 từ mặt đất Nó bao gồm một máy tính bảng cầm tay cài đặt phần mềm thiết kế, quản lý bay Aerial Imaging và một thiết bị phát radio được kết nối với máy tính bảng bằng cổng USB để bắt tín hiệu kết nối điều kiển máy bay (phạm vi bán kính điều khiển tối đa là 5 km)

d Bộ dò tìm thiết bị

Bộ dò tìm thiết bị (Tracker) là thiết bị thu, phát tín hiệu bao gồm một thiết bị phát tín hiệu được đặt trong thân máy bay và một thiết bị nhận tín hiệu Hai thiết bị này được cài đặt và kết nối với nhau bởi một tần số chung là 433 MHz

Hình 1.19 Bộ dò tìm thiết bị

e Bệ phóng

Bệ phóng là thiết bị dùng để phóng máy bay UX5 theo hướng xác định trước Kết hợp với càng đỡ hình chữ V giúp bệ phóng tạo với mặt đất một góc nghiêng

300 Hệ thống bệ phóng bao gồm các bộ phận như trên hình 1.20

f Khả năng ứng dụng của hệ thống UX5 hiện nay

Hình 1.21 là biểu đồ về các lĩnh vực ứng dụng của hệ thống máy bay Trimble UX5

1- Bệ phóng 3- Giá đỡ máy bay 5- Tay quay

2- Càng đỡ hình chữ V 4- Chốt an toàn

Hình 1.20 Bệ phóng của UX5

Hình 1.21 Cơ cấu các lĩnh vực ứng dụng Trimble UX5 [14]

Nhìn vào hình ảnh biểu đồ trên có thể thấy khả năng ứng dụng của hệ thống Trimble UX5 rất rộng Đặc biệt trong lĩnh vực trắc địa bản đồ chiếm tỷ lệ lớn nhất tới 43%, điều đó cho thấy rằng tầm quan trọng của việc phát triển nghiên cứu hệ thống này rất cần thiết Ví dụ về một số ứng dụng thực tế của UX5:

- Các nhà khoa học của trường Đại học Bắc Dakota – Mỹ đã thực hiện quá trình nghiên cứu ảnh hưởng tác động của cảnh quan môi trường đến đời sống hoang

dã của loài ngỗng tuyết tại bờ biển vịnh Hudson, thuộc Vườn quốc gia Wapusk – Canada, trong khuôn khổ hợp tác nghiên cứu giữa Mỹ và Canada [14]

Hình 1.22 Các nghiên cứu viên của Đại học Dakota

và một phần bãi biển chụp được bằng Trimble UX5

- Mùa thu năm 2014, các chuyên gia của Trimble cùng với chính phủ Pêru đã tiến hành bay chụp thành phố cổ của người Inca là Machu Picchu thuộc thung lũng Urubamba của Pêru ở độ cao 2.430m Sản phẩm bay chụp này được tạo ra nhằm giúp cho các nhà khảo cổ và chính phủ Pêru đánh giá được tác động của thời tiết cũng như kinh doanh du lịch tại đây nhằm đưa ra các giải pháp bảo tồn tốt nhất cho

di sản thế giới được UNESCO bình chọn

Hình 1.23 Sản phẩm mô hình 3D tại Machu Picchu [14]