Ứng dụng công nghệ lidar trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý (thử nghiệm tại thị xã sông công, tỉnh thái nguyên)

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ LiDAR trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý; Nghiên cứu các đặc điểm kỹ thuật và tính ưu việt của công nghệ LiDAR; Nghiên cứu thiết bị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm đưa ra trong luận văn là hoàn toàn trung thực, chưa được ai công bố trong công trình nào

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Đăng An

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan ………

Mục lục ……….………

Danh mục các ký hiệu viết tắt ……….………

Danh mục các bảng biểu ……….………

Danh mục các hình vẽ ……….………

Mở đầu ……….………

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu (CSDL) nền thông tin địa lý ………… …

1.1.1 Khái niệm chung về CSDL ………

1.1.2 Đặc điểm của cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý

1.1.3 Nội dung cơ bản CSDL nền thông tin địa lý ……… …………

1.1.3.1 Nhóm lớp cơ sở toán học: ………

1.1.3.2 Nhóm lớp ranh giới, địa giới: ………

1.1.3.3 Nhóm lớp địa hình: ………

1.1.3.4 Nhóm lớp thuỷ hệ: ………

1.1.3.5 Nhóm lớp giao thông: ………

1.1.3.6 Nhóm lớp xây dựng, cơ sở hạ tầng: ………

1.1.3.7 Nhóm lớp thực vật, phủ bề mặt: ………

1.1.4 Phương pháp xây dựng CSDL nền thông tin địa lý …….………

1.1.4.1 Các phương pháp xây dựng CSDL

1.1.4.2 Phương pháp xây dựng CSDL nền thông tin địa lý ………

1.1.5 Nguồn dữ liệu để xây dựng dữ liệu địa lý ………

1.1.6 Chuẩn thông tin địa lý quốc gia

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LIDAR TRONG CÔNG TÁC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ ……… …

2.1 Tổng quan về công nghệ LiDAR ………

Trang

1

2

3

8

9

10

14

14

14

15

16

16

17

17

17

18

18

19

19

19

20

20

21

25

25

2.2 Cơ sở khoa học của công nghệ LiDAR ……….………

2.3 Ưu điểm của Lidar

2.4 Khả năng ứng dụng công nghệ LiDAR kết hợp máy ảnh số trong công tác xây dựng CSDL nền thông tin địa lý ……… ……

2.4.1 Ứng dụng kết quả quét Lidar để thành lập mô hình số độ cao ………

2.4.1.1 Khái niệm về mô hình số độ cao, mô hình số địa hình và mô hình số bề mặt: ………

2.4.1.2 Độ chính xác của dữ liệu DEM trong công nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số: ……… …………

2.4.2 Kết hợp dữ liệu quét Lidar và chụp ảnh số để thành lập bình đồ trực ảnh 2.4.2.1 Khái niệm về bình đồ trực ảnh (orthoimage) ………

2.4.2.2 Kết hợp dữ liệu quét Lidar và chụp ảnh số để thành lập bình đồ trực ảnh:…

2.5 Một số ứng dụng khác của công nghệ LiDAR

2.5.1 Thành lập bản đồ địa hình:

2.5.2 Thành lập mô hình 3D, quản lỷ đô thị:

2.5.3 Quản lỷ biển: ……….………

2.5.3.1 Giám sát biến động khu vực ven biên và đường bờ biển:

2.5.3.2 Thành lập bản đồ biển: ……….……

2.5.4 Khảo sảt, giảm sảt công trình: ……….…………

2.5.5 Quản lý rừng: ……… ………

CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM XÂY DỰNG CCDL NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ TỪ SẢN PHẨM CỦA CÔNG NGHỆ LIDAR KHU VỰC THỊ XÃ SÔNG CÔNG, TỈNH THÁI NGUYÊN ………

3.1 Khái quát tình hình đặc điểm khu đo ……….………

3.1.1 Mục đích yêu cầu và phạm vi nhiệm vụ ……….………

3.1.1.1 Mục đích yêu cầu: ……… ………

3.1.1.2 Phạm vi nhiệm vụ gồm: ………

27

32

33

33

33

34

35

35

37

38

38

39

39

39

40

40

40

42

42

42

42

42

3.1.2 Đặc điểm tự nhiên khu vực ……….…………

3.1.2.1 Vị trí khu vực: ……… ……

3.1.2.2 Đặc điểm địa hình: ………

3.1.2.3 Đặc điểm địa vật: ………

3.1.2.4 Hệ thống đường bộ và đường thuỷ: ……… ……

3.1.3 Dân cư, kinh tế, xã hội ……….………

3.1.4 Hiện trạng về thông tin tư liệu ……… ………

3.1.4.1 Hiện trạng về thông tin tư liệu điểm toạ độ, độ cao có trong khu vực: … 3.1.4.2 Hiện trạng tư liệu ảnh: ………

3.1.4.3 Hiện trạng tư liệu bản đồ địa hình: ……… ……

3.1.4.4 Hiện trạng tư liệu bản đồ địa chính: ………

3.2 Lựa chọn phương tiện, thiết bị công nghệ sử dụng trong công tác bay chụp ảnh số và quét LIDAR khu vực TP Thái Nguyên, TX Sông Công

3.2.1 Thông số kỹ thuật của hệ thống LiDAR Harrier56/G4 ………

3.2.2 Thông số kỹ thuật máy chụp ảnh số Rollei AIC ………

3.3 Thiết kế bay chụp ảnh số, quét LIDAR khu vực TP Thái Nguyên, TX Sông Công

3.3.1 Thiết kế và quy định kỹ thuật đo điểm trạm Base ………

3.3.2 Thiết kế và quy định kỹ thuật đo bãi hiệu chỉnh mặt phẳng và độ cao ……

3.3.3 Thiết kế và quy định kỹ thuật đo điểm khống chế đo chi tiết bãi hiệu chỉnh mặt phẳng và độ cao ………

3.3.4 Thiết kế và quy định kỹ thuật đo chi tiết điểm hiệu chỉnh mặt phẳng và độ cao………

3.3.5 Thiết kế bay chụp ………

3.4 Xây dựng CSDL nền thông tin địa lý 1/5.000 từ sản phẩm quét LiDAR và chụp ảnh số khu vực TX Sông Công, tỉnh Thái Nguyên……

3.4.1 Quy trình công nghệ tổng quát ………

3.4.2 Lý lịch tờ bản đồ thực nghiệm khu vực thị xã Sông Công ………

3.4.3 Xử lý dữ liệu bay chụp ảnh số và LiDAR ………

43

43

44

44

45

45

45

45

46

46

47

48

48

48

49

49

50

51

51

54

57

57

58

59

3.4.3.1 Xử lý dữ liệu thô, kiểm tra độ gối phủ của dữ liệu: ………

3.4.3.2 Xử lý số liệu GPS/IMU: ………

3.4.3.3 Xử lý nguyên tố định hướng ngoài (EO): ………

3.4.3.4 Xử lý dữ liệu Laser, tạo DSM/DEM/ảnh cường độ xám: ………

3.4.4 Thành lập mô hình số độ cao (DEM) và tạo bình đồ trực ảnh (TrueOrtho)

3.4.4.1 Thành lập mô hình số độ cao (DEM): ………

3.4.4.2 Nắn ảnh trực giao chính xác TrueOrthophoto: ………

3.4.5 Véc tơ hóa, xây dựng đối tượng địa lý từ các sản phẩm của LiDAR 3.4.5.1 Nhóm thuỷ văn: ………

3.4.5.2 Nhóm đối tượng hạ tầng dân cư: ………

3.4.5.3 Nhóm đối tượng hạ tầng kỹ thuật và kinh tế - xã hội: ………

3.4.5.4 Nhóm địa hình: ………

3.4.5.5 Nhóm giao thông: ………

3.4.6 Điều tra ngoại nghiệp thông tin thuộc tính đối tượng địa lý: ………

3.4.6.1 Khống chế trắc địa: ………

3.4.6.2 Thủy văn: ………

3.4.6.3 Giao thông: ………

3.4.6.4 Địa hình: ………

3.4.6.5 Hạ tầng dân cư, hạ tầng kỹ thuật: ………

3.4.6.6 Các đối tượng địa giới hành chính: ………

3.4.6.7 Thực phủ: ………

3.4.6.8 Quy định tiếp biên: ………

3.4.6.9 Quy định kỹ thuật đo vẽ bù các đối tượng địa lý sau thời điểm bay chụp ảnh số và quét LiDAR: ………

3.4.7 Chuẩn hoá dữ liệu địa lý gốc: ………

3.4.7.1 Chuẩn hóa các điểm khống chế trắc địa: ………

3.4.7.2 Chuẩn hóa các đối tượng biên giới địa giới: ………

3.4.7.3 Chuẩn hóa các đối tượng hình tuyến (Linestring): ………

3.4.7.4 Chuẩn hóa các đối tượng dạng vùng: ………

59

59

60

60

61

61

63

64

65

68

69

69

70

73

73

74

76

78

79

81

83

85

85

86

86

87

87

88

3.4.7.5 Chuẩn hóa đối tượng dạng điểm: ………

3.4.7.6 Chuẩn hóa đối tượng có ghi chú dạng text (hoặc TextNode): ………

3.4.7.7 Chuẩn hóa DEM xây dựng sản phẩm DTM theo quy định sản phẩm giao nộp của dự án: ………

3.4.8 Biên tập bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5.000 khu vực khu vực TX Sông Công, tỉnh Thái Nguyên……… ……

3.4.9 Thành lập CSDL nền thông tin địa lý 1/5.000 khu vực TX Sông Công, tỉnh Thái Nguyên ………

3.4.9.1 Hoàn thiện cơ sở dữ liệu nền địa lý 1/5000: ………

3.4.9.2 Xây dựng METADATA: ………

3.5 Đề xuất các hình thức khai thác cơ sở dữ liệu tại Việt Nam

3.5.1 Tạo bản đồ dễ dàng, thuận tiện từ CSDL nền thông tin địa lý ………

3.5.2 Cung cấp dữ liệu dưới một số định dạng trao đổi (GML, SHP ) ……

3.5.3 Tồng quan các hình thức khai thác CSDL ……….…………

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……….……….…….…

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……….…………

90

90

91

91

93

93

94

96

96

96

97

98

100

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CSDL Cơ sở dữ liệu

DEM Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model)

DTM Mô hình số địa hình (Digital Terrain Model)

DSM Mô hình số bU mặt (Digital Surface Model)

DGPS Hệ thống Định vị Toàn cầu vi sai (Differential Global

Positioning System) METADATA Siêu dữ liệu

MHSĐC Mô hình số độ cao

LASER Light amplication by Stimulated Emission of Radiation

LiDAR Light Detecting and Ranging

GPS Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)

INS Hệ thống đạo hàng quán tính (Inertial Navigation System) IMU Định vị quán tính trong (Inertial Measurement Unit)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Danh mục các chuẩn xây dựng CSDL 22 Bảng 3.1 Điểm toạ độ Nhà nước (Điểm tọa độ hạng III) 45 Bảng 3.2 Tổng hợp chiều dài các đường bay khu TP Thái Nguyên –

TX Sông Công

55

Bảng 3.3 Tổng hợp giờ bay khu TP Thái Nguyên – TX Sông Công 56 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật quét LiDAR tờ bản đồ F-48-68-(11) 58 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật ảnh tờ bản đồ F-48-68-(11) 59

Hỡnh 2.2: Nguyên lý làm việc của hệ thống LiDAR 29

Hỡnh 2.3: Nguyên lý hoạt động của hệ thống LiDAR 30

Hỡnh 3.1: Hệ thống quột Lidar Harrier56/G4 và mỏy chụp ảnh số 49

Hỡnh 3.2: Sơ đồ bố tớ trạm Base, điểm bói hiệu chuẩn, đo nối thủy chuẩn

khu bay quột LiDAR TP Thỏi Nguyờn – TX Sụng Cụng

53

Hỡnh 3.3: Thiết kếi cỏc đường bay khu TP Thỏi Nguyờn – TX Sụng Cụng 54

Hỡnh 3.6: Tạo DEM thành lập mụ hỡnh số địa hỡnh 62

Hỡnh 3.7: Ảnh khu vực TX Sụng Cụng dưới dạng *.tif 63

Hỡnh 3.10: Trường thuộc tớnh của lớp đường bỡnh độ 70

Hỡnh 3.12: Cỏc trường thuộc tớnh của địa giới 82

Hỡnh 3.13: Bảng cỏc trường thuộc tớnh của lớp thực phủ 84 Hỡnh 3.14: Bản đồ địa địa hỡnh tờ số F-48-68-(11) trong khu xõy

dựng CSDL

92

Hỡnh 3.15: Cơ sở dữ liệu nền thụng tin địa lý 1/5.000 95

Hỡnh 3.18: Khai thỏc CSDL nền thụng tin địa lý qua WebMap 97 Hỡnh 3.19: Cỏc hỡnh thức khai thỏc CSDL nền thụng tin địa lý 97

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ LiDAR (Light Detection And Ranging) là hệ thống kết hợp giữa công nghệ đo dài bằng Laser, công nghệ định vị vệ tinh GPS

(Geographic Inisormation System) và hệ thống đạo hàng quán tính INS

(Inertial Navigation System) Với tốc độ quét nhanh, độ chính xác cao, có thể xác định chính xác bề mặt của đối tượng cần khảo sát trong không gian

ba chiều, ở nhiều dạng địa hình khó khăn phức tạp mà phương pháp truyền thống không triển khai được Trong lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường, đặc biệt là trong lĩnh vực trắc địa và bản đồ, công nghệ LiDAR đã được nghiên cứu, phát triển và đang được ứng dụng rất có hiệu quả Khi hệ thống LiDAR tích hợp với máy ảnh số, ngoài tạo ra mô hình số độ cao theo từng lớp còn tạo ra bình đồ trực ảnh, ảnh phối cảnh 3D và các sản phẩm phục vụ đa nghành khác

Tại Việt Nam nhu cầu cấp bách về xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý, bản đồ địa hình tỉ lệ lớn, mô hình 3D độ chính xác cao, phục vụ cho quản lý tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, dự báo thiên tai, nghiên cứu biến đổi khí hậu, phát triển kinh tế và nhiều mục đích chuyên ngành khác là nhiệm vụ rất khó khăn hiện nay Do vậy, công tác nghiên cứu, tìm hiểu sâu rộng về công nghệ và ứng dụng LiDAR trong lĩnh vực trắc địa bản đồ là rất cấp thiết, có tính khoa học và thời sự cao, đang được các đơn vị, các cá nhân quan tâm nghiên cứu thử nghiệm và áp dụng vào thực tế sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền kinh tế xã hội trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

Vì những lý do trên, tôi lựa chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ LiDAR trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý (thử nghiệm tại thị xã Sông Công, tỉnh Thái Nguyên)”

2 Mục đích đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

a Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Mục đích của đề tài là góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ mới LiDAR, hoàn thiện các ứng dụng công nghệ đưa vào sản xuất thực tế trong điều kiện tại Việt Nam

b Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu tổng quan về cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ LiDAR trong công tác xây dựng cơ sở

dữ liệu nền thông tin địa lý; Nghiên cứu các đặc điểm kỹ thuật và tính ưu việt của công nghệ LiDAR; Nghiên cứu thiết bị hệ thống tích hợp máy ảnh số và LiDAR HARRIER56

Nghiên cứu quy trình công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa

lý tỉ lệ 1/5.000 từ sản phẩm của công nghệ LiDAR

- Khảo sát, lập thiết kế Kỹ thuật Dự toán

- Bay quét LiDAR kết hợp với chụp ảnh số bằng hệ thống tích hợp máy ảnh số và LiDAR HARRIER56

- Đo đạc ngoại nghiệp: Đo nối trạm Base, đo bãi hiệu chỉnh mặt phẳng và

độ cao, đo GPS khi bay quét, bay quét LiDAR kết hợp chụp ảnh số Xử lý dữ liệu, hoàn thiện sản phấm của LiDAR, xây dựng mô hình số độ cao và tạo bình

đồ trực ảnh

- Xây dựng cơ sở dữ liệu (CDSL) nền thông tin địa lý 1:5000 từ sản phấm của công nghệ LiDAR:

+ Điều tra ngoại nghiệp thông tin đối tượng địa lý

+ Véc tơ hoá dữ liệu không gian và thuộc tính các đối tượng địa lý

+ Chuấn hoá dữ liệu địa lý gốc

+ Biên tâp bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5000

+ Xây dựng CSDL nền thông tin địa lý 1/5000

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

a Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan về cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý

- Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ LiDAR trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý

- Thử nghiệm đánh giá độ chính xác và hiêu quả của công nghê tích hợp

LiDAR trong xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý tại tại Việt Nam

b Phương pháp nghiên cứu:

Tìm hiểu các nội dung cơ bản về cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý

Tìm hiểu các thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước về công nghệ tích hợp LiDAR

Sử dụng các hệ thống tích hợp LiDAR hiện có để sản xuất thực nghiệm

và kiểm chứng những nội dung nghiên cứu

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu và phổ biến kiến thức về ứng dụng công nghệ LiDAR trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý tại Việt Nam

- Hoàn thiện quy trình công nghệ; Hiện thực hoá, kiểm chứng quy trình công nghệ, triển khai thực tiễn phương pháp luận và kết quả nghiên cứu để đưa ra sản xuất

Với những lợi ích to lớn mà công nghệ LiDAR đem lại, đồng thời việc áp dụng thành công công nghệ LiDAR là một bước trưởng thành và phát triển của khoa học công nghệ trắc địa bản đồ ở nước ta trên con đường hội nhâp với khoa học công nghệ tiên tiến của thế giới

5 Cấu trúc của luân văn

Luận văn gồm 3 chương, ngoài ra còn có các phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, được trình bày trong 100 trang với 23 hình vẽ và 06 bảng biểu với các nội dung chính sau:

Chương 1: Tổng quan về cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý

Chương 2: Ứng dụng công nghệ LiDAR trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý

Chương 3: Thử nghiệm xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý từ sản phẩm của công nghệ LiDAR khu vực thị xã Sông Công, tỉnh Thái Nguyên

6 Lời cảm ơn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy TS Cáp Xuấn Tú, thầy PGS TS Nguyễn Trường Xuân các thầy cô giáo trong Bộ môn Bản đồ, phòng Đại học và Sau đại học, Xí nghiệp Bay chụp và Đo vẽ ảnh, Công ty Đo đạc và Khoáng sản - Tổng Công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi

để học viên hoàn thành luận văn của mình

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1 Khái quát về cơ sở dữ liệu (CSDL) nền thông tin địa lý

1.1.1 Khái niệm chung về CSDL

Cơ sở dữ liệu (CSDL) là tập hợp có tổ chức hợp lý các thông tin có

quan hệ với nhau được sắp xếp theo những nguyên tắc và cấu trúc đã được xác định từ trước và lưu trữ như một đơn vị thống nhất trong các thiết bị lưu trữ lớn như đĩa cứng, băng từ Các dữ liệu này để phục vụ cho đa ngành, nhiều người sử dụng và để sử dụng cho các mục đích khác như quản lý cũng như các nghiên cứu khác nhau

Cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý là một sản phẩm được xây dựng từ đối tượng địa lý dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật nhất định (ví dụ: OGC, W3C, ISO TC211, OPENGIS ), có khả năng mã hoá, cập nhật và trao đổi qua các dịch vụ truyền tin hiện đại Định dạng mở, không phụ thuộc vào phần mềm gia công dữ liệu [6]

Cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý bao gồm những thông tin mô tả thế giới thực ở mức cơ sở, có độ chi tiết và độ chính xác đảm bảo để làm nền cho các mục đích xây dựng các hệ thống thông tin địa lý chuyên đề khác nhau Mỗi khu vực địa lý cần được mô tả bởi loại dữ liệu “cơ sở” phù hợp sao cho mức độ khái lược và thu nhỏ mô hình thực địa là ít nhất, cho phép đủ phục vụ đa mục đích Theo đó, tuỳ thuộc vào mô hình quản lý, khai thác ứng dụng, cập nhật sản phẩm dữ liệu địa lý để định hướng cho công tác đo đạc xây dựng CSDL nền trên phạm vi cả nước hoặc theo khu vực địa lý phục vụ đa mục đích (Ví dụ CSDL nền địa lý ở tỷ lệ 1/10.000 bao trùm toàn bộ lãnh thổ; CSDL nền địa lý ở

tỷ lệ 1/2000, 1/5000 sẽ có mức độ chi tiết và độ chính xác cao hơn, thường dành cho các khu vực đô thị, thành phố, các khu kinh tế trọng điểm )

Tài liệu mô tả sản phẩm dữ liệu nền địa lý được xây dựng trên cơ sở các văn bản hướng dẫn áp dụng Quy chuẩn thông tin địa lý cơ sở Quốc gia cho từng

loại CSDL nền Cấu trúc dữ liệu địa lý được quy định chặt chẽ trong danh mục đối tượng và lược đồ ứng dụng của mỗi loại dữ liệu địa lý ở mức cơ sở (nền), với mật

độ thông tin tương đương với các loại bản đồ địa hình truyền thống cùng loại tỷ lệ Mỗi bộ dữ liệu địa lý đều kèm theo dữ liệu mô tả các thông tin cơ bản về chính nó (METADATA), cho phép người sử dụng có thể hình dung được về độ tin cậy về một sản phẩm dữ liệu nền địa lý, cách tiếp cận và cấu trúc nội dung như những đặc tính cơ bản về một bộ sản phẩm dữ liệu: Bao nhiêu lớp đối tượng địa lý, thuộc tính của từng loại đối tượng địa lý và quan hệ giữa chúng

1.1.2 Đặc điểm của cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý

Đây là một cơ sở dữ liệu đặc biệt gồm các dữ liệu về vị trí, hình dạng không gian của các đối tượng địa lý được thể hiện dưới dạng: điểm, đường, vùng trong cấu trúc vector hoặc các ô vuông (pixel) trong cấu trúc raster với các giá trị thuộc tính phi không gian của chúng

Đặc điểm nổi bật của CSDL hệ thông tin địa lý là nó bao gồm các thông tin đã được sắp xếp và gắn với một lãnh thổ nhất định Hệ thống dữ liệu này phải quản lý cả hai dạng thông tin: không gian và thuộc tính Những hệ quản trị CSDL thuần túy chỉ quản lý các thông tin thuộc tính mà không có thông tin không gian

Một đặc điểm nữa của CSDL hệ thông tin địa lý là một CSDL được tổ chức theo kiểu quan hệ, trong đó số liệu được lưu trữ, sắp xếp theo các bảng ghi chứa các đối tượng và các giá trị thuộc tính

Mối liên kết các dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin Mối liên kết đảm bảo cho mỗi đối tượng địa lý đều được gắn liền với các thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tượng Đồng thời qua nó người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu thông qua bộ xác định hay chỉ số Index

Sự liên kết giữa các thành phần dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính được thể hiện qua hình 1.1 [6]

Dữ liệu không gian Dữ liệu thuộc tính

Hình 1.1: Liên kết dữ liệu không gian và thuộc tính

1.1.3 Nội dung cơ bản CSDL nền thông tin địa lý

Nội dung dữ liệu được xây dựng theo bảng danh mục đối tượng bản đồ

tỷ lệ 1/2000, 1/5.000, 1/10.000 kèm thông tin thuộc tính của đối tượng địa lý theo chuẩn địa lý Quốc gia, được chia thành 7 chủ đề dữ liệu như sau:

1.1.3.1 Nhóm lớp cơ sở toán học:

Nội dung của dữ liệu địa lý trong từng đơn vị sản phẩm đều phải tuân thủ thống nhất theo các quy định và phải đảm bảo liên kết được trong toàn bộ phạm

vi khu vực thi công theo từng đơn vị hành chính thành một bộ dữ liệu thống nhất

và tiếp biên với các khu vực kế cận theo các Quy định hiện hành

Cơ sở dữ liệu nền địa lý, dữ liệu địa lý gốc và bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2000, 1/5.000, 1/10.000 có cùng cơ sở toán học với tham số như sau: Lưới chiếu UTM; hệ toạ độ VN-2000, hệ độ cao Quốc gia Việt Nam; múi chiếu 3°; kinh tuyến Trung ương 1050 kinh độ Đông [1]

Biểu thị các điểm khống chế địa chính trở lên

1.1.3.2 Nhóm lớp ranh giới, địa giới:

Đường địa giới cấp xã, huyện được chuyển từ bộ hồ sơ địa giới 364/CT Các đường địa giới phải là những đường liên tục từ điểm giao nhau này đến điểm giao nhau khác và phải đi theo đúng vị trí thực của đường địa giới

Mốc địa giới biểu thị theo kết quả đo tại thực địa

Các loại thành luỹ, tường, hàng rào, ranh giới thực phủ …

1.1.3.3 Nhóm lớp địa hình:

Dựa trên sản phẩm DEM của công nghệ LiDAR, nội suy đường bình độ với khoảng cao đều 1m cho khu vực đồi núi có trong khu đo Đường bình độ được thể hiện bắt đầu từ chân đồi, núi

Chọn lọc đối tượng DiemDoCao theo quy định mô hình cấu trúc dữ liệu nền địa lý 1/5.000: “Mật độ điểm độ cao từ 10 đến 15 điểm trên 0,25 km2(tương đương với 1 dm2 bản đồ) đối với dữ liệu 1/5.000 Đối với khu vực địa hình không thể hiện được bằng đường bình độ theo quy định thì mật độ điểm độ cao tăng gấp đôi”

Dáng đất thể hiện bằng đường bình độ và ký hiệu biểu thị đặc trưng địa hình, ghi chú độ cao và hướng chỉ dốc

Khu vực không biểu thị được bằng đường bình độ thì biểu thị điểm độ cao Đường bình độ phải được biểu thị liên tục và không được cắt nhau hoặc vặn soắn

Đường bình độ và các điểm độ cao phải được gán giá trị độ cao

1.1.3.4 Nhóm lớp thuỷ hệ:

Thể hiện chính xác và chi tiết hình dáng của đường bờ sông, suối 2 nét,

ao, hồ lớn

Đường mép nước biểu thị theo thực tế đo vẽ tại thực địa

Khi biểu thị thuỷ văn phải thể hiện được đặc tính có nước quanh năm, theo mùa; hướng dòng chảy; hướng thuỷ triều (nếu có)

Khi vẽ hệ thống thuỷ văn phải áp dụng nguyên tắc: các nhánh sông, suối, kênh mương có cùng tên gọi phải đi liên tục, hai nhánh sông khác nhau gặp nhau tại ngã 3 sông và tại đó trên nhánh sông chính phải có điểm nút

Hệ thống thuỷ văn khi gặp các thiết bị phụ thuộc như cầu, cống, đập đều phải tạo điểm nút tại chỗ giao nhau

Các sông, suối, kênh, mương vẽ một nét phải bắt liền vào hệ thống sông ngòi vẽ 2 nét, tại các điểm bắt nối phải có điểm nút

1.1.3.5 Nhóm lớp giao thông:

Mỗi tuyến đường giao thông cùng một tính chất phải được biểu thị là đối tượng liên tục, không đứt đoạn, kể cả các đoạn đường qua sông nét đôi, qua các chữ ghi chú hay chạy qua khu dân cư và các địa vật độc lập khác

Các tuyến giao thông phải cắt nhau tại các ngã 3, ngã 4 tại các điểm nút Các đoạn đường giao thông qua cầu, qua đập vẽ theo theo tỷ lệ phải vẽ đoạn tim đường giao thông trùng khít với tim ký hiệu theo tỷ lệ

Các đoạn đường giao thông đi qua các ký hiệu phi tỷ lệ (cell) phải tạo điểm nút tại vị trí gặp ký hiệu

Biểu thị các cống qua đường theo ký hiệu

1.1.3.6 Nhóm lớp xây dựng, cơ sở hạ tầng:

Sản phẩm LiDAR cho hình ảnh nắn thẳng đứng của đồ hình nhà cao tầng

và vật kiến trúc Khi đó có thể dựa vào vị trí hình học của đồ hình mái để vẽ nhà hoặc khối nhà theo quy định mô hình cấu trúc dữ liệu:

“Đồ hình nhà lấy theo vị trí đường chân tường của toà nhà Nhà ở nông thôn xác định đồ hình nhà chính Nhà không tường xác định theo hình chiếu thẳng đứng của đồ hình mái Thu nhận nhà độc lập hoặc khối nhà đang xây dựng khi đồ hình đã được xác định”

Trên ảnh màu có thể nhận thấy khu dân cư đông đúc có nhà cửa đa dạng

về kiểu kiến trúc và độ cao, ngõ đi quanh co, không rõ ràng, khi véc tơ hóa trong nhà không đủ điều kiện tách, cần biểu thị đối tượng bằng một kí hiệu riêng (nét đứt) để xác minh, cập nhật tại thực địa

Hình ảnh nhà, khối nhà phải đảm bảo có góc, cạnh rõ rệt , nếu đồ hình nhà

có các góc ngoặt là vuông, khi đo vẽ phải sử dụng các chức năng bẻ góc vuông của phần mềm để biểu thị

Khi xác định đồ hình nhà thuộc các khu vực có khuôn viên rõ ràng như: trụ sở cơ quan, trường học, chùa, khu công nghiệp nếu nhận biết được các đối tượng ranh giới khu chức năng như tường rào, hàng cây sống,

có thể kết hợp xác định đồng thời vị trí hình học của các đối tượng này để đảm bảo tính tương quan Không đo vẽ những đoạn tường nhỏ đi liền với

đồ hình nhà trong khu dân cư

Trong môi trường Microstation, đối tượng nhà ở dạng Shape được đo vẽ trực tiếp hoặc tạo từ các nét vẽ dạng Line, Linestring

1.1.3.7 Nhóm lớp thực vật, phủ bề mặt:

Biểu thị và phân biệt ranh giới giữa các vùng thực vật

Biểu thị các hàng cây, dải cây chạy song song với các địa vật hình tuyến Toàn bộ các cây độc lập trong khu đo đều phải biểu thị

Các loại thực vật gộp chung ký hiệu dùng ghi chú thuyết minh để phân biệt các loại cây

Mỗi vùng đối tượng khác nhau: vùng thực vật, vùng dân cư, vùng thuỷ

hệ, vùng đường giao thông theo tỷ lệ, các loại vùng trên file địa hình đều phải quản lý thành các polygon có mã code khác nhau theo qui định thuộc nhóm lớp phủ bề mặt

Các vùng đối tượng như trên phải là các polygon khép kín được định nghĩa bởi các đường ranh giới thực vật và các địa vật hình tuyến (giao thông, thuỷ hệ, viền dân cư…) Các vùng đối tượng phải trùng khít biên với nhau và tạo thành một mặt khép kín trên cả khu đo, không có tình trạng thủng lỗ chỗ

1.1.4 Phương pháp xây dựng CSDL nền thông tin địa lý

1.1.4.1 Các phương pháp xây dựng CSDL:

+ Phương pháp xây dựng CSDL theo mô hình tệp

+ Phương pháp xây dựng CSDL theo mô hình quan hệ đối tượng trên nền công nghệ ARCGIS

+ Phương pháp xây dựng CSDL theo mô hình quan hệ đối tượng nguồn

mở PostGIS/PostgreSQL

1.1.4.2 Phương pháp xây dựng CSDL nền thông tin địa lý:

Dữ liệu địa lý là dữ liệu lưu trữ thông tin của các đối tượng địa lý Một đối tượng địa lý là một thực thể ngoài thế giới thực có liên quan đến một vị trí trên trái đất Đối tượng địa lý bao gồm các thông tin sau:

+ Thông tin về hình học (không gian): là thông tin mô tả vị trí của đối tượng địa lý thông qua tọa độ trong một hệ quy chiếu nhất định Các đối tượng địa lý được mô hình hoá thành các kiểu đối tượng hình học cơ bản như điểm, đường, và vùng Một điểm được mô tả bởi một cặp toạ độ x, y Đường được mô

tả bằng một chuỗi các điểm Vùng là một đường khép kín

+ Thông tin về thời gian: là thông tin mô tả các tính chất thời gian của đối tượng địa lý Chẳng hạn như đối tượng tồn tại từ khi nào, đối tượng có những thể hiện đặc biệt gì trong một khoảng thời gian nhất định

+ Thông tin thuộc tính chủ đề: là tất cảc các thuộc tính phi không gian, thời gian của đối tượng địa lý Các thông tin này mô tả một số các đặc tính cụ thể của đối tượng theo một chủ đề nhất định

+ Thông tin quan hệ: là quan hệ giữa các đối tượng địa lý với nhau, bao gồm các quan hệ về không gian, cũng như thời gian

+ Các thao tác: là các hành vi của đối tượng địa lý tại một số điều kiện nhất định

1.1.5 Nguồn dữ liệu để xây dựng dữ liệu địa lý

Khi xây dựng dữ liệu địa lý thì việc đầu tiên phải quan tâm là: dữ liệu sẽ được xây dựng từ nguồn nào, chất lượng nguồn dữ liệu ra sao Có rất nhiều nguồn dữ liệu để có thể xây dựng dữ liệu địa lý

+ Ảnh hàng không, ảnh viễn thám

+ Bản đồ địa chính dạng số

+ Bản đồ địa hình truyền thống dạng số

+ Sản phẩm công nghệ LiDAR và chụp ảnh số

Tùy thuộc vào khả năng, điều kiện và yêu cầu sản phẩm dữ liệu có thể có nhiều nguồn đầu vào khác nhau và với mỗi loại nguồn thông tin đầu vào thì sẽ có chất lượng dữ liệu tương ứng [6]

1.1.6 Chuẩn thông tin địa lý quốc gia

Để xây dựng và sử dụng hiệu quả CSDL hệ thông tin địa lý cần tuân theo khung pháp lý thống nhất về kỹ thuật của sản phẩm, đó chính là chuẩn thông tin địa lý

Chuẩn thông tin địa lý là hệ thống các tiêu chuẩn về cách thức, quy định cách mô tả, biểu thị, cách xây dựng CSDL từ nhận thức thế giới thực đến CSDL địa lý được lưu trữ theo cấu trúc, khuôn dạng nào đó Các thành phần trong CSDL và các phần tử trong mô hình, tất cả các yếu tố này đều được quy định theo các chuẩn thống nhất Tuy nhiên, tùy mức phân tích sâu của mô hình mà số lượng chuẩn sử dụng nhiều hay ít Công việc xây dựng chuẩn thông tin địa lý rất quan trọng Các chuẩn này phục vụ cho việc quản trị các yếu tố không gian và là

cơ sở phân tích chuyên môn, thành lập các hệ trợ giúp quyết định

Chuẩn thông tin địa lý được thiết kế nhằm chuẩn hóa các hoạt động: + Xây dựng dữ liệu địa lý theo các mục tiêu đã đặt ra

+ Trao đổi và chia sẻ dữ liệu địa lý

+ Cập nhật dữ liệu địa lý

+ Xây dựng các hệ thống ứng dụng

Hiện nay, tổ chức chuẩn hóa quốc tế ISO (International Organization for tandardization) đã thành lập ủy ban kỹ thuật 211 về thông tin địa lý/địa tin học ISO/TC211 (International Standard Organization for Geographic information/Geomatics) để xây dựng chuẩn thông tin địa lý Mục đích của ISO/TC211 là phát triển một bộ các chuẩn tích hợp cho thông tin địa lý và hỗ trợ triển khai chuẩn trên phạm vi quốc tế Tại Việt Nam, bộ Tài nguyên và Môi trường đã bước đầu ban hành được bộ quy chuẩn cơ sở quốc gia về thông tin địa

lý Danh mục các chuẩn xây dựng trong nội dung chuẩn hoá hệ thông tin địa lý

cơ sở Quốc gia được trình bày như bảng 1.1

Bảng 1.1 Danh mục các chuẩn xây dựng CSDL [1]

1 Chuẩn thuật ngữ Terminology standard (ISO 19104)

2 Chuẩn về hệ thống tham

chiếu không gian

Spatial Referencing by coordinate, by geographical identifiers (ISO 19111, 19112)

3 Chuẩn mô hình cấu trúc

liệu không gian

Quality principles (ISO 19113)

7 Chuẩn về siêu dữ liệu -

Metadata

Metadata (ISO 19115 and ANZLIC version 1, FGDC)

hóa, trao đổi dữ liệu

Encoding, Dsata Exchange (ISO 19118, DIGEST)

1 Chuẩn thuật ngữ

Chuẩn thuật ngữ (Terminology Standard) có mục đích chuẩn hóa về các khái niệm, cụm từ sử dụng trong bộ tài liệu chuẩn hóa Những thuật ngữ này được sử dụng như là những khái niệm cơ bản cho phép liên kết các nội dung chuẩn hóa với nhau Chuẩn hóa thuật ngữ giúp cho các bên tham gia trong xây dựng và sử dụng thông tin địa lý có cùng chung một ngôn ngữ

2 Chuẩn về hệ thống tham chiếu không gian Trong lĩnh vực hệ thống thông tin địa lý ở Việt Nam hiện nay, chuẩn về

hệ quy chiếu và toạ độ quốc gia là chuẩn đã được hoàn thiện Hiện nay chuẩn

Hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN-2000 đã được ban hành tạo nền tảng thống nhất về cơ sở quy chiếu cho dữ liệu đo đạc bản đồ nói chung và dữ liệu thông tin địa lý nói riêng Chuẩn này bao gồm các quy định về:

Phạm vi áp dụng cho tất cả hệ thống toạ độ các cấp hạng, bản đồ địa hình, bản đồ nền, bản đồ địa chính, bản đồ hành chính quốc gia và các loại bản đồ chuyên dụng khác

Các tham số của hệ quy chiếu: Ellipsoid WGS-84 toàn cầu, các ích thước, tốc

độ góc quay, hằng số trọng trường, định vị và điểm gốctoạ độ quốc gia

Hệ thống toạ độ phẳng, lưới chiếu bản đồ quy định cho các tỷ lệ

3 Chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý

Chuẩn về mô hình cấu trúc dữ liệu quy định cấu trúc của dữ liệu thông tin địa lý sẽ được tổ chức và được xây dựng như thế nào Đối với các thông tin địa

lý nền được áp dụng theo chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý quốc gia và các văn bản kỹ thuật và các quy phạm thành lập bản đồ địa hình các tỷ lệ bao gồm các quy định về biểu diễn mô hình cấu trúc, các kiểu dữ liệu nguyên thuỷ, các cấu trúc dữ liệu cơ bản, mô hình đối tượng địa lý tổng quát

4 Chuẩn về phân loại đối tượng địa lý

Chuẩn quy định phương pháp phân loại đối tượng Chuẩn về phân loại đối tượng sẽ định nghĩa những kiểu đối tượng địa lý cùng với thuộc tính và những mối quan hệ Chuẩn nêu rõ cách phân loại, nhận dạng, nội dung ý nghĩa của từng loại đối tượng này đồng thời cũng mô tả cụ thể về quan hệ giữa các đối tượng và

dữ liệu thuộc tính cần phải có của từng đối tượng

5 Chuẩn thể hiện trình bày dữ liệu địa lý

Chuẩn xác định một cơ chế cho phép trình bày bộ dữ liệu theo những cách khác nhau mà không làm thay đổi nội dung dữ liệu Cách thức xây dựng dựa trên các chuẩn quy định về trình bày bản đồ số đã công bố và thiết kế, biên tập bộ ký hiệu chuẩn cho bộ cơ sở dữ liệu

6 Chuẩn về chất lượng dữ liệu không gian

Chuẩn này quy định quy trình đánh giá chất lượng Chất lượng dữ liệu được phân thành chất lượng định lượng và chất lượng phi định lượng Các yếu tố chất lượng dữ liệu định lượng bao gồm tính đầy đủ của các đối tượng, thuộc tính

và quan hệ của chúng, tính nhất quán logic về khái niệm (concept), miền giá trị

(domain), khuôn dạng (format), topology, quan hệ các thuộc tính, độ chính xác của giá trị, vị trí, thời gian , các yếu tố chất lượng dữ liệu phi định lượng bao gồm mục đích, xuất xứ, ứng dụng mà bộ dữ liệu đã sử dụng

7 Chuẩn siêu dữ liệu (Metadata)

Siêu dữ liệu là một loại dữ liệu mô tả các thông tin liên quan đến tình trạng dữ liệu trong CSDL Các thông tin này cho biết dữ liệu nào đang được lưu trữ trong CSDL, phương pháp thu thập, xử lý và tích hợp dữ liệu, mốc thời gian xây dựng, cập nhật dữ liệu, chất lượng dữ liệu, tính pháp lý của dữ liệu, phương thức lưu trữ dữ liệu, thủ tục truy cập và phân phối dữ liệu, v.v

8 Chuẩn mã hóa và trao đổi dữ liệu

Dữ liệu không gian cần được mã hóa dựa trên một quy tắc nhất định trong khuôn dạng máy tính có thể hiểu được Mã hóa dữ liệu được xem xét ở hai khía cạnh: để lưu giữ và để trao đổi Các chuẩn về mô hình nội dung và cấu trúc dữ liệu như mô tả ở trên tạo ra cơ sở xây dựng một bộ dữ liệu chuẩn CSDL hệ thông tin địa lý cấp tỉnh về cơ bản tuân theo chuẩn kỹ thuật Quốc gia về thông tin địa lý do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành

* Cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý: Đây là công cụ đắc lực phục vụ công

tác quản lý điều hành quy hoạch phát triển kinh tế xã hội và an ninh quốc

phòng Cơ sở dữ liệu đều có các lớp thông tin dữ liệu về cơ sở toán học, dân cư,

giao thông, địa hình, thủy hệ, ranh giới và thực vật Truy cập được nhiều thông thuộc tính, trình bày hiển thị và chiết xuất theo phạm vi địa giới, trong đó người dùng có thể lựa chọn theo từng đối tượng, chủ đề hoặc nhiều đối tượng trên phạm

vi mà mình quan tâm cùng một lúc mà trên bản đồ giấy trước đây không có Sử dụng làm dữ liệu nền tạo nên các chuyên ngành, lĩnh vực như giao thông, thuỷ lợi, nông nghiệp, môi trường… có thể sử dụng làm cơ sở để xây dựng cơ sở dữ liệu riêng phục vụ cho các chuyên ngành Lựa chọn các vị trí quan trắc, đánh giá lan truyền và xác định nguyên nhân, đối tượng gây ô nhiễm; Phục vụ công tác xây dựng các bản đồ môi trường …

CHƯƠNG 2

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LIDAR TRONG CÔNG TÁC XÂY DỰNG

CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ

2.1 Tổng quan về công nghệ LiDAR

Công nghệ LiDAR là hệ thống tích hợp gồm 3 thành phần chính: hệ thống định vị toàn cầu GPS; hệ thống thiết bị quét Laser và hệ thống đạo hàng quán tính INS (IMU) Hệ thống định vị toàn cầu GPS có nhiệm vụ xác định chính xác toạ độ không gian của thiết bị quét Laser đặt trên máy bay; thiết bị quét Laser thực hiện các chức năng phát các chùm tia Laser xuống các đối tượng trên mặt đất, thu nhận tia phản xạ và thu nhận cường độ tín hiệu của tia phản xạ từ đối tượng; hệ thống đạo hàng quán tính IMU sử dụng các con quay điện tử để đo gia tốc theo các hướng của các trục hệ toạ độ để tính ra góc định hướng của tịa quét trong không gian, đồng thời thực hiện các chức năng tính toán xử lý dữ liệu lưu trữ và điều khiển hoạt động các thiết bị của toàn bộ hệ thống [7]

Để ứng dụng hệ thống LiDAR có hiệu quả nhất, hiện nay các hãng chế tạo LiDAR hàng đầu thế giới đều nghiên cứu, phát triển kết hợp hệ thống LiDAR với máy chụp ảnh số, tạo nên một công nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số Công nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số sẽ kế thừa, phát huy tối đa dữ liệu của công nghệ LiDAR

và ảnh số để cung cấp hình ảnh màu, rất trực quan của các đối tượng địa lý Dữ liệu ảnh chụp kết hợp với các dữ liệu của LiDAR tạo nên các sản phẩm như ảnh nắn trực giao (trueorthophoto), mô hình nổi (3D) của bề mặt trái đất với mức độ chi tiết, sắc nét và độ chính xác cao, phục vụ GIS cũng như thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn và các mục đích ứng dụng chuyên nghành khác, tạo ra sản phẩm đa dạng đặc biệt [5]

Ta có thê tóm tắt về các bộ phận của hệ thống LiDAR gồm phần hoạt động trên không (trên máy bay) và phần làm việc trên mặt đất như sau:

+ Phần hệ thống làm việc trên không bao gồm:

-Thiết bị quét LRF (Laser Range Fider)

- Hệ thống xác định hướng bay INS

- Máy chụp ảnh máy quay video

- Hệ thống ghi thu số liệu tín hiệu

ĐOẠN KHÔNG GIAN

Hình 2.1: Hệ thống quét LiDAR

Mỗi hệ thống LiDAR có các thông số kỹ thuật sau: độ dài phổ của sóng Laser, nguyên lý quét của gương quay, tần số mẫu, tần số quét, độ dài thực địa giữa hai điểm trên cùng một đường quét, độ dài thực địa giữa hai đường quét, góc quét về hai phía vuông góc với hướng bay, góc hội tụ của tia Laser, đường kính vết tia Laser trên mặt đất, độ cao máy bay Hmax, độ rộng của tuyến quét, kích cỡ và trọng lượng, số lượng máy video, hệ thống ghi thu số liệu GPS, vận tốc máy bay, hệ thống điều hành bay, chu kỳ ghi vị trí máy bay của GPS, hệ thống INS, tần số ghi góc nghiêng của INS, độ chính xác xác định góc nghiêng…

2.2 Cơ sở khoa học của công nghệ LiDAR

LiDAR gồm nhiều hệ thống liên kết với nhau, trước hết cần kể đến thiết bị

đo dài Laser đặt trên máy bay, cho phép đo khoảng cách D từ máy bay đến điểm địa vật hay địa hình Thiết bị Laser có thể quét tuyến địa hình với độ rộng từ vài chục mét tới vài trăm mét, nhờ tấm gương quay Tấm gương gắn ở phần đầu của thiết bị quét bẻ chùm tia Laser hướng về bề mặt địa hình Tia Laser hoạt động theo nguyên lý xung điện (có loại theo nguyên lý sóng) có tần số lớn tới vài kHz phát ra từ nguồn sáng Laser Phần năng lượng phản hồi từ bề mặt địa hình hay địa vật qua hệ thống quang học được ghi thu lại

Trên cơ sở biết thời gian (t) phản hồi của tín hiệu từ bề mặt địa hình về thiết

bị ghi thu và tần số của xung điện (v) chúng ta sẽ xác định được khoảng cách D từ điểm địa hình hay địa vật đến máy bay tại thời điểm quét Thiết bị đo dài Laser hoạt động trong dải phổ hồng ngoại, cận hồng ngoại với bước sóng tới 1540nm Độ chính xác đo khoảng cách bằng Laser có thể đạt với sai số mD = ±1cm

Hoạt động đồng thời với thiết bị quét Laser là hệ thống thu GPS nhằm xác định vị trí không gian X, Y, Z của thiết bị quét Laser đặt trên máy bay tại thời điểm quét Nhờ kỹ thuật đo DGPS (với trạm GPS mặt đất), hiệu số toạ độ không gian giữa thiết bị quét Laser trên máy bay và trạm GPS mặt đất sẽ được xác định trong hệ thống toạ độ lựa chọn X, Y, Z trong không gian Kỹ thuật DGPS có thể đạt độ chính xác xác định toạ độ điểm với sai số ±10cm [5]

Cùng làm việc với thiết bị quét Laser và hệ thống thu GPS là hệ thống điều khiển hàng hướng INS (Inertial Navigation System) Hệ thống INS thực hiện nhiệm

vụ đo gia tốc theo 3 hướng X, Y, Z và góc nghiêng của máy bay, cho phép xác định góc phương vị (Ψ) của tia quét Laser tại thời điểm quét Toạ độ không gian X, Y, Z của điểm địa vật hay địa hình sẽ được xác định dựa vào độ dài (D) và góc phương vị tương ứng (Ψ), trong hệ thống toạ độ lựa chọn GPS

Máy ảnh số được lắp ghép với hệ thống LiDAR tạo nên một chỉnh thể tích hợp, được định vị và điều khiển đồng bộ trong một hệ thống Trong quá trình quét Laser, máy chụp ảnh số sẽ chụp ảnh ở các thời điểm đã được thiết kế Các

dữ liệu như thời điểm chụp ảnh, góc chụp sẽ được INS ghi nhận, sau đó kết hợp với dữ liệu GPS, phần mềm tính toán yếu tố định hướng ngoài cho tấm ảnh (Xi,

Yi, Zi, φi, ωi, κi) Từ ảnh gốc, dữ liệu mô hình số bề mặt DSM của LiDAR và yếu tố định hướng ngoài của ảnh, phần mềm sẽ nắn ảnh tạo bình đô trực ảnh (trueorthophoto), mô hình nổi 3D và các sản phẩm ảnh khác

Hệ thống tích hợp LiDAR với máy ảnh số về mặt cơ học là ghép nối máy ảnh số với hệ thống máy quét Laser và hệ thống INS thành một hệ thống nhất Vị trí tương đối của máy ảnh số so với máy quét Laser và hệ thống Laser được xác định thông qua các số liệu kiểm định Máy ảnh sẽ được điều khiển và định vị không gian đồng bộ trong hệ thống tích hợp [5]

Như vậy LiDAR gồm nhiều hệ thống liên kết với nhau, mà quan trọng nhất là sự liên kết giữa hệ thống định vị vệ tinh GPS với hệ thống máy tính và hệ thống máy quán tính (gồm có cả máy quét Laser) trước hết cần kể đến thiết bị đo dài Laser đặt trên máy bay cho phép đo khoảng cách nghiêng (D) từ máy bay đến điểm địa vật hay điểm địa hình Thiết bị Laser có thể quét tuyến địa hình có độ rộng từ vài chục mét tới vài trăm mét nhờ tấm gương quay được gắn vào phần đầu của thiết bị quét chùm tia Laser hướng về bề mặt địa hình Tia Laser hoạt động theo nguyên lý xung điện (có loại theo nguyên lý sóng) có tần số lớn tới vài kHz phát ra từ nguồn sáng Laser Phần năng lượng phản hồi từ bề mặt địa hình

hay địa vật qua hệ thống quang học được thu lại Trên cơ sở biết thời gian (t) phản hồi của tín hiệu từ bề mặt địa hình về thiết bị ghi thu và tần số xung điện (v) chúng ta sẽ xác định được khoảng cách D từ điểm địa hình hay địa vật đến máy bay tại thời điểm quét:

Di= TiC/2 (2.1)

Trong đó: C: Tốc độ ánh sáng

Ti: Thời gian từ thời điểm phát tia Laser đến thời điểm nhận tia Laser phản hồi trở lại

Nguyên lý làm việc của hệ thống LiDAR được thể hiện qua hình 2.2:

H×nh 2.2 Nguyªn lý lµm viÖc cña hÖ thèng LiDAR

Do công nghệ LiDAR được áp dụng phương pháp xung điện nghĩa là các tia Laser được quét liên tục với một góc quét tới 700

theo chiều gần vuông góc với hướng bay của máy bay với tần suất lên đến hơn 100000 tia Laser trong một giây

Do vậy, tuỳ theo độ cao bay chụp và tính chất của bề mặt địa hình mặt đất , tốc độ bay quyết định tới mật độ các điểm phản xạ của tia Laser trên một đơn vị diện tích Mật độ điểm quét đạt tới một triệu điểm trên một km2

(khoảng cách các điểm đo đạt

từ 0.5m đến 1m)

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống LiDAR

Trong đú:

G: điểm GPS mặt đất

A: Anten GPS trờn mỏy bay

S: Mỏy quột Laser

P: Điểm mặt đất do tia Laser đập vào đất và phản xạ trở lại

Từ hỡnh 2.3 cho thấy hai hệ toạ độ:

- Hệ toạ độ G XYZ – Hệ toạ độ khụng gian, giả định trong hệ WGS- 84 gọi là T1

- Hệ toạ độ S uvt – Hệ toạ độ của mỏy quột tia Laser gọi là T2

Như vậy, việc tớnh chuyển từ hệ toạ độ T1 sang hệ toạ độ T2 như sau:

g=d+AS (2.2)

Để xỏc định vộc tơ g từ điểm G đến điểm P (điểm phản xạ của cỏc tia Laser) cần phải xỏc định vộc tơ d, ma trận chuyển vị A và vộc tơ b như hỡnh trờn ta cú:

d = D - Ab (2.3)

Trong đú: Vộc tơ D: Luụn luụn xỏc định được bằng cỏch đo động GPS S: Khoảng cỏch từ mỏy quột tới điểm phản xạ P

b: Khoảng cỏch đo trực tiếp từ Anten đến mỏy quột

A: Ma trận chuyển vị từ hệ T1 sang T2 Ma trận trờn cú dạng:

a12 = sinsincos - cossin

b12 = sinsinsin + coscos

c12 = cossin

a13 = cossincos + sinsin

b13 = cossinsin - sincos

c13 = coscos

: (- /2 , /2) : góc nghiêng ngang của máy bay về hai phía : ( 0, 2) : Góc xoay của máy bay

: (- /2 , /2) : Góc nghiêng dọc của máy bay

Thay công thức (2.3) vào công thức (2.2):

Xo, Yo, Zo: Toạ độ điểm G ( điểm toạ độ GPS )

Xa, Y , Za, Xp, Yp , Zp: Toạ độ anten A và toạ độ điểm P cần tìm

Từ công thức (2.6) có thể xác định toạ độ điểm P:

Như vậy trên cơ sở nguyên lý này sẽ xác định được tập hợp các điểm có toạ độ, độ cao trên mặt đất Tiến hành phân loại và lọc các dữ liệu quét bằng tia Laser bao gồm:

- Dữ liệu mặt đất (các điểm nằm trên mặt đất) sử dụng để thành lập mô hình số độ cao (MHSĐC)

- Dữ liệu các điểm không nằm trên mặt đất như các điểm nằm trên cây, máy nhà, dây điện …vv Các điểm này được sử dụng để thành lập mô hình số bề mặt (DSM)

- Dữ liệu ảnh cường độ phản xạ của tia Laser cho phép nhận dạng địa vật một cách tương đối rõ nét

Như vậy việc phân loại để xử lý các dữ liệu đo được thông qua các modul

và các chương trình phần mềm của hệ thống để mục đích bóc tách được các loại

dữ liệu này thông qua các phép lọc

2.3 Ưu điểm của LiDAR

1 LiDAR có thể thu thập dữ liệu địa hình rất chính xác trong khi bay quét ở độ cao lớn hơn độ cao bay chụp không ảnh Độ chính xác của dữ liệu bay chụp không ảnh tỷ lệ với độ cao bay chụp trong khi độ chính xác của dữ liệu LiDAR giảm đi không đáng kể khi độ cao bay tăng lên Hơn nữa, LiDAR thu nhận trực tiếp dữ liệu 3 chiều LiDAR chỉ cần duy nhất 1 tia Laser “gần vuông góc” với mặt đất để khảo sát địa hình Tia Laser có khả năng xuyên qua tán cây chạm tới bề mặt và phản hồi tới cảm biến trong khi chụp không ảnh lại yêu cầu hiệu ứng lập thể (cùng nhìn thấy 1 điểm trên mặt đất từ hai phía) Như vậy, LiDAR sẽ thu thập được dữ liệu bề mặt địa hình nhiều hơn, đặc biệt khi quét qua các khu vực có thực vật che phủ

2 LiDAR có thể thu nhận tín hiệu phản hồi đầu tiên và cuối cùng với tần suất trung bình 5 ngàn tới 33 ngàn tia/giây, do đó dữ liệu thu được cho phép lập bản đồ bề mặt địa hình và bề mặt tán cây với mật độ dữ liệu dày và độ chính xác cao Một số hệ thống LiDAR còn cho phép thu nhận các tín hiệu phản hồi trung

gian (giữa tín hiệu đầu và cuối) cho phép phân tích cấu trúc đối tượng (cấu trúc tán) Phương pháp không ảnh cũng tạo được các điểm độ cao dày nhưng phải bằng cách tăng dày thủ công (tốn kém và mất thời gian), hoặc bằng phương pháp tương quan ảnh tự động, tuy nhiên phương pháp này chỉ trích xuất được các điểm ngọn cây và nóc nhà mà không tạo ra được các điểm mặt đất

3 LiDAR cho phép thu thập dữ liệu cả ngày và đêm trong khi phương pháp không ảnh chỉ thực hiện được trong 1 khoảng thời gian hạn chế ban ngày khi ánh sáng tối ưu

2.4 Khả năng ứng dụng công nghệ LiDAR kết hợp máy ảnh số trong công tác xây dựng CSDL nền thông tin địa lý

2.4.1 Ứng dụng kết quả quét Lidar để thành lập mô hình số độ cao

2.4.1.1 Khái niệm về mô hình số độ cao, mô hình số địa hình và mô hình

số bề mặt:

Khi mô tả bề mặt trái đất, trong các tài liệu hiện nay, thường gặp 3 thuật ngữ, đó là mô hình số địa hình (Digital Teưain Model - DTM), mô hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM) và mô hình số vế bề mặt (Digital Suíace Model - DSM) Trên thế giới có nhiều nghiên cứu đề cập đến các khái niệm và định nghĩa liên quan đến DTM, DEM, DSM Các khái niệm và định nghĩa này trong thực tế đôi khi là khác nhau hoặc trái ngược nhau Trong luận án này sẽ thống nhất dùng khái niệm về DTM, DEM, DSM theo đinh nghĩa phổ biến nhất hiện nay

Mô hình số địa hình (DTM) là một biểu diễn số của các thông tin bề mặt địa hình trái đất Trên quan điểm toán học, mô hình số địa hình được định nghĩa

là một mô hình số có tính định lượng và định tính các loại thông tin phân bố trên

bề mặt mặt đất trong một tập họp hữu hạn m chiều của miền

D (Vi, i = 1,2, n) (2.8)

Trong đó:

Phần định lượng của các thành phần trong

Vi = ( Vil, Vi2, Vim) là yếu tố không gian địa hình Xi, Yi, Zi

Mô hình số độ cao (DEM) là biểu thị một tập họp hữu hạn 3 chiều (VI = (Xi, Yi, Zi), i = 1,2 n) của bề mặt địa hình D, trong đó (Xi, Yi) là toạ độ mặt

phẳng và Zi là độ cao tương ứng của điểm Như vậy, nếu chỉ chú ý đến thành phần độ cao trong DTM thì sẽ có mô hình số độ cao DEM [5]

Khi DEM thể hiện toàn bộ mô hình độ cao bề mặt đầu tiên từ trên cao nhìn xuống của trái đất thì được gọi là mô hình số bề mặt (DSM) Như vậy DSM

là mô hình độ cao bề mặt trái đất với đầy đủ các lóp phủ bề mặt của nó như thảm thực vật, nhà cửa, đường xá, địa hình mặt đất, các công trình kiến trúc trên mặt đất Mô hình số bề mặt (DSM) bao gồm các giá trị độ cao của mặt đất cũng như

độ cao của địa vật trên mặt đất

Mô hình số độ cao (DEM) là một tên chung đề biểu thị dịnh lượng địa hình, địa vật của quả đất ở dạng số và thường được biểu thị ở hệ toạ độ 3 chiều (mặt phẳng và độ cao) Trong ứng dụng thực tế, ngoài thể hiện mô hình số bề mặt DSM, DEM thường dùng thể hiện mô hình số độ cao cho một loại bề mặt nào đó, ví dụ DEM cho bề mặt địa hình mặt đất Trong thực tế, khi DEM là mô hình số cho bề mặt địa hình số cho bề mặt trần trụi của mặt đất, người ta hay gọi

đó là mô hình số địa hình (DTM) Dữ liệu DEM thông thường được lưu giữ ở dạng phổ biến nhất là lưới điểm (Grid) Trong lưới Grid, các điểm được trải đề theo chiều ngang - dọc tạo thành lưói ô vuông, các mắt lưới ô vuông xác định độ phân giải và mức độ tổng hợp hoá của DEM Độ phân giải của DEM hay khoảng cách giữa các điểm trong lưới ô vuông (kích thuớc của ô vuông) là thông số xác định mức độ chi tiết của DEM Độ phân giải càng nhỏ, mức độ mô tả chi tiết địa hình của DEM càng lớn

2.4.1.2 Độ chính xác của dữ liệu DEM trong công nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số:

Mô hình số độ cao DEM là một trong các sản phẩm chính của công nghệ LiDAR Các sản phẩm này tích tụ các sai số của toàn bộ quá trình thu nhận và xử

lý dữ liệu trong dây chuyền công nghệ Đánh giá độ chính xác của DEM thường

có hai phương pháp, đó là phương pháp tuyệt đối và phương pháp nội bộ Khi số liệu dùng để đánh giá độ chính xác của DEM là số chênh giữa giá trị toạ độ, độ cao của DEM với giá trị toạ độ, độ cao đo kiểm tra thực địa tại điểm tương ứng

thì gọi là đánh giá độ chính xác tuyệt đối Đây là phương pháp đánh giá độ chính xác mang tính tổng họp và thường được dùng cho các cấp kiểm tra (bộ phận quản lý của đơn vị thi công hoặc của chủ đầu tư đo kiểm tra xác suất) Đánh giá

độ chính xác của DEM qua từng khâu thực hiện, phương pháp này gọi là đánh giá độ chính xác nội bộ Theo yêu cầu của độ chính xác tuyệt đối sẽ ước tính được độ chính xác nội bộ Thông qua đánh giá độ chính xác nội bộ sẽ kiểm tra các biện pháp, chỉ tiêu kỹ thuật trong quá trình thi công và chủ động khống chế

để đạt được sai số như yêu cầu Trong công nghệ LiDAR, phần mềm sẽ tự động đánh giá độ chính xác nội bộ trong từng khâu xử lý như: Xử lý DGPS, tạo đám mây điểm, nắn ảnh

Độ chính xác của DEM trong công nghệ LiDAR chịu ánh hưởng từ các nguồn gây sai số chính như sau:

+ Độ chính xác xác định toạ độ thực điểm quét Laser (đám mây điểm) + Mô hình toán học xây dựng DEM + Mật độ điểm quét Laser

+ Mức độ phức tạp của địa hình

Hàm số mô tả bề mặt DEM có thể đựơc viết dưới dạng tổng quát sau:

ZDEM = F ( ki n,ai,X,Y,Z) (2.9)

Trong đó :

X,Y,Z: là toạ độ thực địa xác định bằng hệ thống LiDAR;

a i: là các tham số toán học xác định mô hình thànhlập DEM;

n: mật độ điểm quét (đ/m2

);

ki: là mức độ phức tạp của địa hình

2.4.2 Kết hợp dữ liệu quét Lidar và chụp ảnh số để thành lập bình đồ trực ảnh

2.4.2.1 Khái niệm về bình đồ trực ảnh (orthoimage):

Trực ảnh (orthophoto) là một dạng ảnh được biến đổi từ ảnh chụp bằng máy ảnh thong qua phép chiếu xuyên tâm thành phép chiếu thẳng đứng Bình đồ trực ảnh là các tấm trực ảnh được ghép lại theo đơn vị mảnh bản đồ Nguyên lý nắn trực ảnh cũng là thực hiện bài toán nắn ảnh giản tích thông thường Các phần

tử ảnh (pixel) được coi như điểm và nắn theo phép chiếu thẳng đứng kích thước

của pixel là rất nhỏ, nên việc nắn có thể coi như là phép chiếu thẳng đứng từng điểm một của mặt địa hình, do vậy phép nắn này được gọi là nắn ảnh trực giao [5]

Trong các công nghệ đo vẽ ảnh truyền thống thì việc nắn ảnh bằng mắy nắn quang cơ, nắn ảnh phân vùng, nắn ảnh vi phân, nắn ảnh số theo mô hình số địa hình (DTM) cũng không giải quyết được triệt để việc nắn hình ảnh các địa vật từ phép chiếu xuyên tâm về phép chiếu thẳng đứng Nhưng với công nghệ LiDAR việc xây dựng được mô hình số bề mặt (DSM) rất chi tiết đã có thể thực hiện phép chiếu nắn thẳng đứng đối với từng phần tử ảnh cúa địa vật một cách chính xác Các pixel bị chồng xếp (khi nắn các địa vật có độ chênh cao) sẽ được

ưu tiên lựa chọn theo tầng độ cao lớn nhất Đối với các pixel bị hở do bóng của địa vật che khuất trong khi chụp ảnh bởi phép chiếu xuyên tâm sẽ được bù đắp bởi các pixel của tờ ảnh lân cận, khi các tờ ảnh lân cận cũng bị hở thì các pixel này sẽ được nội suy mầu theo các pixel gần khác

Cơ sở dữ liệu (database) là tập họp cấu trúc của sự ghi nhận hay dữ liệu được lưu giữ trong hệ thống máy tính, cấu trúc này chính là các tổ chức dữ liệu và phụ thuộc vào mô hình của database Hiện nay, mô hình của database được dùng phổ biến nhất là mô hình quan hệ Một số mô hình khác như mô hình cấp bậc, mô hình mạng lưới, dùng để thể hiện mối quan hệ rõ rang hơn Bình đồ trực ảnh là một trong những trường dữ liệu quan trọng trong cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý

Cơ sở dữ liệu bình đồ trực ảnh (orthoimage) là một dạng flle được quản

lý, lưu trữ theo cấu trúc dữ liệu ảnh số thông thường, đó là tập họp phần tử ảnh (pixel) được xắp xếp theo dạng ma trận (hàng và cột), nhưng các pixel này được quản lý theo một hệ toạ độ nhất định Các pixel được quản lý bằng hàm số ảnh với các biến toạ độ pixel ảnh (X, Y) và giá trị độ xám của nó (D) như sau:

r(X,Y,Dr)

b(X,Y,Db) Trong đó: Dr, Dg, Db là giá trị độ xám tương ứng với 3 thành phần màu

cơ bản (đỏ, lục, lam)

Đối với hệ thống tích họp LiDAR và máy ánh số thì mô hình độ cao và bình độ trực ảnh là hai lóp dữ liệu được tạo ra có tính trùng khít và phù họp với nhau Hai sản phẩm này là dữ liệu quan trọng nhất, là sản phẩm gốc, sản phẩm nền để xây dựng các lóp dữ liệu khác trong CSDL thông tin địa lý

2.4.2.2 Kết hợp dữ liệu quét Lidar và chụp ảnh số để thành lập bình đồ trực ảnh:

Công nghệ LiDAR tạo ra được sản phẩm mô hình số bề mặt DSM rất thực, rất lý tưởng để nắn trực ảnh Các dữ liệu định hướng hệ thống của LiDAR

là rất chính xác và có thể lợi dụng để định hướng tấm ảnh chụp Do vậy, các hãng chế tạo LiDAR hàng đầu trên thế giới đều tích họp hệ thống LiDAR với máy chụp ảnh số Máy ảnh số được lắp ghép với hệ thống LiDAR tạo nên một hệ thống tích họp được định vị và điều khiển đồng bộ trong một hệ thống Trong quá trình quét Laser, máy chụp ảnh số sẽ chụp ảnh ở các thời điểm đã được thiết

kế Các dữ liệu như thời điểm chụp ảnh, góc chụp sẽ được INS ghi nhận, sau đó

kết họp với dữ liệu GPS, phần mềm sẽ tính toán yếu tố định hướng ngoài cho tấm ảnh (Xi, Yi, Zi, φi, ωi, κi) Từ ảnh gốc, dữ liệu mô hình số bề mặt DSM của

LiDAR và yếu tố định hướng ngoài của ảnh, phần mềm sẽ nắn ảnh tạo bình đồ trực ảnh (traeorthophoto), mô hình nổi 3D và các sản phẩm ảnh khác

Bình đồ ảnh số trong công nghệ tích họp LiDAR với máy ảnh số là một sản phẩm rất hữu dụng trong thành lập bản đồ địa hình, địa chính, bản đồ chuyên đề và

là một lớp thông tin cơ bản trong cơ sở dữ liệu thông tin địa lý Sản phẩm bình đồ ảnh số dạng trueorthophoto là một sản phẩm ảnh màu đã được nắn thẳng đứng, rất

lý tưởng cho công tác điều vẽ, số hoá và biên tập các đối tượng địa lý trên mặt đất trong quá trình tạo cơ sở dữ liệu GIS hay nội dung bản đồ

Hiện nay trên thế giới đã xây dựng được một số phần mềm đoán đọc ảnh rất tiện ích Kèm theo hệ thống phần mềm giải đoán ảnh là các module phần mềm vectơ hoá tự động rất linh hoạt và thông minh Kèm theo hệ thống LiDAR

có các phần mềm xử lý, biên tập, hiển thị dữ liệu, truy và xuất dư liệu, giao diện với người dùng và các phần mềm khác rất tiện dụng và dễ thao tác

Cộng nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số với những tính năng vượt trội rất rõ rệt so với những công nghệ truyền thống Công nghệ tích hợp LiDAR tạo được bình đồ trực ảnh với hiệu suất cao, độ chính xác rất lớn, tốc độ rất nhanh, hình ảnh màu rất rõ nét, nhưng giá thành khá cao trong điều kiện Việt Nam

Hệ thống LiDAR ngoài xây dựng mô hình số địa hình (DTM), tạo ảnh ortho để thành lập bản đồ địa hình, cung cấp dữ liệu cho GIS, còn được ứng dụng rất có hiệu quả trong công tác quản lý, đánh giá rừng; theo dõi, quản lý các công trình kinh tế kỹ thuật; xây dựng bản đồ chuyên đề; nghiên cứu vùng ven biển và hệ thông sông ngòi; thành lập, cập nhập bản đồ lũ lụt; lập quy hoạch đa lĩnh vực; thiết

kế giao thông, thuỷ lợi; theo dõi khai thác mỏ; nghiên cứu tổng hợp vùng thành thị; sử dụng trong mục đích quân sự; đánh giá dự đoán các thảm hoạ

Tại Việt Nam, trong những năm qua, công nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số đã và đang được bắt đầu ứng dụng rất có hiệu quả trong các dự án của chính phủ: “Xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý tại các khu vực công nghiệp và đô thị” Độ chính xác của bình đồ trực ảnh đã được đánh giá rất cao qua kiểm chứng của các cơ quan hữu quan Tổ chức thi công rất gọn nhẹ, chủ yếu là xử lý tự động, đầu tư nhân công không nhiều, dễ khai thác và vận hành

Khả năng ứng dụng của công nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số trong thành lập bình đồ ảnh số tại Việt Nam là rất lớn, mang lại lợi ích kinh tế - kỹ thuật cao Công nghệ LiDAR thực sự đã mở ra thời kỳ phát triển mới của ngành trắc địa bản đồ nước ta Sản phẩm bình đồ trực ảnh kết hợp DEM của công nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số đang được dùng trong xây dựng CSDL nền thông tin địa lý, bản đồ địa hình, mô hình 3D vùng đô thị của các thành phố của nước ta để phục vụ quy hoạch, quản lý đô thị, an ninh, viễn thông

2.5 Một số ứng dụng khác của công nghệ LiDAR

2.5.1 Thành lập bản đồ địa hình

Với các ưu thế về khả năng thực hiện công việc trong các điều kiện thời tiết, năng suất cao, độ chính xác cao việc ứng dụng LiDAR thành lập bản đồ địa hình được ứng dung nhiều trên thế giới Các tỷ lệ bản đồ chính có thể thực hiện được: 1/1000, 1/2000, 1/5000, 1/10000