Đánh giá độ chính xác khả năng ứng dụng máy chụp ảnh số ultracamxp trong công tác thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn

Viết tắt Viết đầy đủ IMU Inertial Measurement Unit – Bộ đo quán tính INS Inertial Navigation System – Hệ thống dẫn đường quán tính GPS Global Positioning System – Hệ tống định vị toàn cầ

thμnh lập bản đồ địa chính tỉ lệ lớn

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2012

Trường đại học mỏ - địa chất

-W X -

NGUYỄN TUẤN ANH

ĐáNH GIá Độ CHíNH XáC KHả NĂNG ứng dụng máy chụp ảnh số ultracamxp trong công tác

T«i xin cam ®oan r»ng ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng b¶n th©n Toµn bé qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®−îc tiÕn hµnh mét c¸ch khoa häc, c¸c sè liÖu, kÕt qu¶ tr×nh bµy trong luËn v¨n lµ chÝnh x¸c, trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn v¨n

NguyÔn TuÊn Anh

Mục NOÄI DUNG Trang

Lời cam đoan

1.2 Độ chính xác lưới tọa độ địa chính 131.3 Caực phửụng phaựp thaứnh laọp baỷn ủoà ủũa hỡnh 21 CHệễNG 2 Hệ thống máy chụp ảnh số Ultracam XP 22

2.3 Một số loại máy chụp ảnh kỹ thuật số 282.4 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam Xp 362.5 Tổ hợp DGPS và ins/IMU hỗ trợ định hướng ngoài 41

CHƯƠNG 3 CáC NGUồN SAI Số TRONG CÔNG NGHệ ĐO

Vẽ BảN Đồ ĐịA chính BằNG KHÔNG ảNH Số

51

3.2 Sai soỏ trong quaự trỡnh ủo aỷnh 56

3.4 Các sai số của bộ đo quán tính (IMU) 62

CHƯƠNG 4 QUY TRìNH CÔNG NGHệ THàNH LậP BảN 63

4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 634.2 Yêu cầu kỹ thuật các công đoạn chủ yếu của quy trình công nghệ 694.3 Một số phần mềm và thiết bị kèm theo 744.4 Đo vẽ ranh giới thửa đất trên trạm ảnh số 81

CHệễNG 5 QUAÙ TRèNH THệẽC NGHIEÄM 845.1 Thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1: 1000 xã vĩnh lợi - Sơn dương -

KEÁT LUAÄN VAỉ KIEÁN NGHề

Tài liệu tham khảo

Viết tắt Viết đầy đủ

IMU Inertial Measurement Unit – Bộ đo quán tính

INS Inertial Navigation System – Hệ thống dẫn đường quán tính GPS Global Positioning System – Hệ tống định vị toàn cầu

DGPS Deffential Global Positioning System – Hệ tống định vị động CCD Change Couple Device – Bộ cảm biến

UTM Univesal Transverse Mercator

DMC Digital Mapping Camera – Máy chụp ảnh số lập bản đồ

ADS 40 Airborne Digital Sensor 40 – Bộ cảm kỹ thuật số hàng không 40POS/AV Pos for Airborne Vehicle –Hệ thống định hướng và định vị cho

mỏy ảnh FMC Forward Motion Compensation – Hệ thống chống trượt

DEM Digital Elevation Model – Mô hình số độ cao

TDI Time Delayed Integration – Tích hợp thời gian trễ – La bàn con quayRMS Root Mean Square – Sai số trung phương

PCS POS Computer System – Hệ thống máy tính POS

GCP Gruond Control Points Điểm khống chế mặt đất

Bảng Ghi chú Trang

Bảng 1.1 Bảng lựa chọn tỷ lệ bản đồ địa chính 10Bảng 1.2 Độ chính xác lưới địa chính 17Bảng 1.3 Bảng phân cấp lưới tọa độ 17Bảng 1.4 Độ chính xác lưới địa chính sau bình sai  19Bảng 1.5 Bảng sai số trung phương tương đối cạnh yếu 21Bảng 2.1 Bảng thống kê máy chụp ảnh số 28Bảng 2.2 Độ chính xác các tham số đạo hàng 43Bảng 3.1 Baỷng xaực ủũnh ủoọ sai leọch ủieồm aỷnh do meựo hỡnh kớnh vaọt gaõy neõn 56Bảng 4.1 Quan hệ tỷ lệ bản đồ và tỷ lệ ảnh 71Bảng 4.2 Kích thước tờ bản đồ 73Bảng 5.1 Thành quả tọa độ sau bình sai lưới khống chế ảnh 90Bảng 5.2 Tổng số ảnh chụp xã Vĩnh Lợi 94Bảng 5.3 Bảng kiểm tra diện tích xã Vĩnh Lợi 100Bảng 5.4 Bảng kiểm tra tọa độ góc ranh giới thửa đất xã Vĩnh Lợi 104Bảng 5.5  Bảng kiểm tra diện tích xã Bình Trinh Đông - H Tân Trụ 114Bảng 5.6  Bảng kiểm tra tọa độ góc ranh giới thửa đất xã Bình Trinh Đông -Long An 115

Bảng Ghi chú Trang

Hình 1.1 Chia mảnh bản đồ địa chính 12Hình 2.1 Minh hoạ sự lọc màu tại một điểm bắt sáng ở chíp CCD 23Hình 2.2 Minh họa kính lọc mầu 24Hình 2.3 Dải phổ  24Hình 2.4 Cấu tạo bộ cảm biến CCD với tách tia màu 24Hình 2.5 Cấu tạo bộ cảm biến CCD đơn chiếc với kính lọc đĩa tròn quay 25Hình 2.6 Nguyên lý Bayer Pattern 25Hình 2.7 Cấu tạo bộ cảm biến Foveon X3 26Hình 2.8 Khái niệm sử dụng nhiều máy chụp ảnh để mở rộng trường nhìn 27Hình 2.9 Hình chiếu đứng của bộ cảm biến mảng 29Hình 2.10 Khái niệm hình học của bộ cảm push-broom 30Hình 2.11 Hình ảnh của máy ảnh DMC 31Hình 2.12 Máy ảnh hàng không kỹ thuật số IGN 31Hình 2.13 Hình ảnh máy ảnh modul kỹ thuật số 32Hình 2.14 Hình ảnh máy chụp ảnh kỹ thuật số DSS 33Hình 2.15 Hình ảnh máy ảnh lập thể HRSC-AX độ phân giải cao 33Hình 2.16 Hình ảnh máy quét 3 dòng StarImager 34Hình 2.17 Hình ảnh máy quét 3 dòng StarImager 34Hình 2.18

Hình 2.19

Mô tả nguyên lý thu nhận hình ảnh

Bộ cảm biến kỹ thuật số trên máy bay ADS40

3435

Hình 2.21 Máy chụp ảnh UltraCam Xp W/a và bộ xử lý ghi số liệu 38Hình 2.22 Phía trong máy chụp ảnh và ổ cứng chứa dữ liệu 39Hình 2.23 Sơ đồ bố trí máy quét, máy chụp ảnh, GPS và IMU trên máy bay chụp ảnh 41Hình 2.24 Thiết bị đo quỏn tớnh ( IMU) 42

Hình 2.25 Sơ đồ vòng khép kín các phần mềm của hệ thống GPS kết hợp với dẫn đường quán tính 44Hình 2.26 Cỏc hệ tọa độ quy chiếu sử dụng trong dẫn đường quỏn tớnh 47

Hình 2.27 Làm giảm sai số hướng sau sự vận động (lời giải phớa trước) 50Hình 2.28 Làm giảm sai số hướng sau vận động (đó được làm trơn) 50

Hình 3.1 ảnh hưởng độ cong trái đất đến vị trí điểm ảnh 51

Hình 3.2 ảnh hưởng chiết quang khí quyển đến vị trí điểm ảnh 53

Hình 3.3 AÛnh hửụỷng bieỏn daùng thaỏu kớnh chuùp aỷnh 54Hình 3.4 Sai soỏ xuyeõn taõm vũ trớ ủieồm aỷnh do meựo hỡnh kớnh vaọt 55Hình 3.5 Quan heọ giửừa baựn kớnh hửụựng taõm r vụựi goực mụỷ cuỷa truùc quang β 56Hình 4.1 Thieỏt keỏ ủaựnh daàu ủieồm khoỏng cheỏ aỷnh ngoaùi nghieọp 64Hình 4.2 Sơ đồ quy trỡnh cụng nghệ thành lập bản đồ địa chớnh bằng ảnh hàng khụng số 67

Hình 4.3 Điều vẽ ngoại nghiệp các yếu tố địa chính 68Hình 4.4 Trạm xử lý UltraMap và nôi trút Docking Sation_Data interface 74

Hình 4.6 Tạo ảnh đen trắng Gray 75

Hình 4.7 Tạo ảnh tổ hợp màu RGB 75

Hình 4.8 Tạo ảnh ảnh cận hồng ngoại CIR 76Hình 4.9 Chương trình POSPac MMS 5.3 76

Hình 4.10 Dữ liệu thu GPS của trạm trên không và mặt đất 77

Hình 4.11 Giao diện phần mềm ImageStation Automatic Triangulation 78Hình 4.12 Chọn chích điểm tăng dày, điểm khống chế ảnh 79Hình 5.1 Đánh dấu điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp 89Hình 5.2 Sơ đồ tâm ảnh và điểm khống chế ảnh 89Hình 5.3 Phần mềm bình sai lưới GPS Trimble Total control 90Hình 5.4 Báo cáo bay chụp khu vực xã Vĩnh Lợi – Tuyên Quang 93Hình 5.5 Sơ đồ lưới khống chế đo vẽ xã Vĩnh Lợi – Tuyên Quang 97Hình 5.6 Báo cáo bay chụp tai H Tân Trụ – Long an 110Hình 5.7 Khu vực cần đo bằng phương pháp toàn đạc 113

mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài :

Đất đai luôn là đối tượng của các cuộc chiến tranh giữa các giai cấp, giữa các dân tộc, nó chiếm giữ một vị trí quan trọng trong các cuộc cách mạng của xã hội loài người Ai nắm giữ được đất đai, tức nắm giữ được tư liệu sản xuất cơ bản, nắm giữ được quyền lực kinh tế thì người đó nắm giữ được quyền lực chính trị Như vậy ngoài ý nghĩa đất đai là tư liệu sản xuất đặc biệt, nó còn có một vai trò quan trọng, một ý nghĩa đặc biệt khác về chính trị và pháp lý

Vì vậy trong quá trình xây dựng và phát triển đất nước, nhu cầu thành lập bản đồ địa chính tỉ lệ lớn ở Việt Nam đã trở thành nhu cầu cấp thiết,nó phục vụ cho

việc:

- Quản lý quy hoạch sử dụng đất, kế hoạch sử dụng đất;

- Quản lý việc giao đất, cho thuê đất, thu hồi đất và chuyển mục đích sử dụng đất;

- Lập, quản lý hồ sơ địa chính và cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất; thống kê, kiểm kê đất đai;

- Quản lý tài chính về đất đai;

- Thanh tra, kiểm tra việc chấp hành các quy định của pháp luật về quản lý,

sử dụng đất đai;

- Giải quyết tranh chấp về đất đai; giải quyết các khiếu nại, tố cáo các vi phạm trong việc quản lý và sử dụng đất đai;

- Quản lý các dịch vụ công về đất đai

Thông qua các cơ quan chức năng lập pháp, hành pháp của Nhà nước từ trung ương đến địa phương và hệ thống cơ quan chuyên môn giúp việc để Nhà nước thực hiện đầy đủ quyền sở hữu và chức năng quản lý đất đai Chín nội dung

cụ thể trên là các hoạt động trên ba lĩnh vực cơ bản:

- Hoạt động nắm chắc tình hình đất đai;

- Hoạt động phân phối và phân phối lại đất đai theo quy hoạch;

- Hoạt động kiểm tra, giám sát quá trình sử dụng đất

Trên thế giới, máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số dần được thay thế hệ

thống máy chụp ảnh quang cơ Tuy nhiên, ảnh kỹ thuật số kích thước lớn còn hạn chế trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đặc biệt việc ứng dụng ảnh kỹ thuật số trong ngành trắc địa Hiện nay Xí nghiệp Chụp ảnh hàng không - Công ty TNHH MTV Trắc Địa Bản Đồ đã sử dụng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số vào lĩnh vực này Việc tìm

hiểu đánh giá độ chính xác bản đồ được thành lập từ Máy chụp ảnh số đối với chúng

ta là việc làm cần thiết trong lĩnh vực đổi mới công nghệ bay chụp ảnh

Từ trước đến nay, chúng ta vẫn sử dụng bằng máy chụp ảnh hàng không quang cơ, ghi nhận hình ảnh bằng phim, các khâu đo đạc ngoài trời và xử lý ảnh rất mất nhiều thời gian, không còn phù hợp với tình hình hiện nay Việc đầu tư hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số là bước tiến mới trong nghành chụp

ảnh địa hình ở nước ta, làm tăng năng suất lao động, tăng mức độ tự động hóa trong quy trình thành lập bản đồ

2 Đối tượng và phạm vi

Nghiên cứu các khả năng ứng dụng thực tế của hệ thống máy chụp ảnh hàng

không kỹ thuật số Vexcel UltraCam XP W/a để thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn

3 Mục đích của luận văn

Đánh giá độ chính xác của sản phẩm bản đồ địa chính tỉ lệ lớn được thành lập từ hệ thống Máy chụp ảnh số UltraCam XP đưa ra phương pháp thành lập bản

đồ địa chính tỉ lệ lớn từ ảnh hàng khụng số được chụp bằng hệ thống máy chụp ảnh

số UltraCam XP ở Xí Nghiệp Chụp ảnh hàng không – Công ty TNHH MTV Trắc

địa bản đồ – BQP

4 Nội dung nghiên cứu

Các nguồn sai số của hệ thống chụp ảnh kỹ thuật số gây ra từ các hệ thống thành phần, sai số méo kính vật, kết quả đo GPS và kết quả IMU, sai số giữa tâm

ảnh và pha của ănng ten vv ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm cuối cùng trong quy trình công nghệ

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về bản đồ địa chính, yêu cầu độ chính xác của bản

đồ địa chính và các phương pháp thành lập bản đồ địa chính

- Nghiên cứu hệ thống lý thuyết của thống chụp ảnh số UltraCam XP (W/A)

- Đánh giá ảnh hưởng của các nguồn sai số của hệ thống máy chụp ảnh số UltraCam XP (W/A) đến sản phẩm cuối cùng của công nghệ

- Đánh giá ưu nhược điểm của phương pháp thành lập bản đồ địa chính từ ảnh hàng không được chụp từ máy chụp ảnh số UltraCam XP (W/A) và đề xuất quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính tỉ lệ lớn bằng máy chụp ảnh số

- Thông qua kết quả thành lập bản đồ địa chính tỉ lệ 1/1000 và 1/2000 hai khu vực xã Vĩnh Lợi tỉnh Tuyên Quang và huyện Châu Thành tỉnh Long An

6.Tài liệu và khu vực nghiên cứu

Các giáo trình Trắc địa ảnh, xử lý ảnh số, các công trình nghiên cứu khoa học và tài liệu có liên quan đến công nghệ ảnh số

ảnh hàng không số được chụp từ máy chụp ảnh số UltraCam XP (W/A) để thành lập bản đồ địa chính tỉ lệ 1/1000 khu vực xã Vĩnh Lợi – tỉnh Tuyên Quang,

và tỉ lệ 1/2000 khu vực xã Tân Trụ tỉnh Long An

7 ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài:

- Dựa trên cơ sở các trang thiết bị hiện có tại cơ sở sản xuất trong nước Qua khảo sát, tiến hành thực nghiệm và rút ra khả năng đảm bảo độ chính xác của công nghệ chụp ảnh số từ máy chụp ảnh UltraCam XP (W/A) phục vụ lập bản đồ địa chính tỉ lệ lớn

8 Cấu trúc của luận văn: gồm phần Mở đầu, 5 chương, phần kết luận được trình

bày trong 119 trang 53 hình 16 bảng

tố địa lý khác liên quan đến đất đai Bản đồ địa chính được thành lập theo đơn vị hành chính cơ sở xã, phường, thị trấn và thống nhất trong phạm vi cả nước Bản đồ địa chính được thành lập trên cơ sở kỹ thuật và công nghệ ngày càng hiện đại, nó đảm bảo cung cấp thông tin phục vụ công tác quản lý đất đai

Bản đồ địa chính là tài liệu cơ bản nhất của bộ hồ sơ địa chính, mang tính pháp lý cao phục vụ quản lý chặt chẽ đất đai đến từng thửa đất, từng chủ sử dụng đất

Bản đồ địa chính được thể hiện ở hai dạng đó là bản đồ vẽ trên giấy và bản

đồ số lưu trong máy tính Khi phân loại bản đồ địa chính theo chức năng, người ta chia ra ba loại bản đồ địa chính, đó là bản đồ địa chính gốc, bản đồ địa chính và bản đồ địa chính trích đo

1.1.1.1Bản đồ địa chính cơ sở : Đó là bản đồ thể hiện các thửa đất và các đối

tượng chiếm đất, các yếu tố quy hoạch đã được phê duyệt, các yếu tố địa lý liên quan,

được đo vẽ bằng các phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa hoặc bằng phương pháp

có sử dụng ảnh hàng không kết hợp với đo vẽ bổ sung ở thực địa Bản đồ địa chính gốc được đo vẽ kín ranh giới hành chính các cấp, kín khung trong của từng mảnh bản

đồ, các thửa đất ở vùng biên các tờ bản đồ có thể bị cắt bởi đường khung (thửa đất không trọn vẹn) Trong trường hợp bản đồ địa chính gốc được lập bằng phương pháp

đo ảnh, đối với vùng đất nông nghiệp có thể không vẽ chi tiết đến các thửa đất nhỏ của các hộ gia đình và cá nhân mà chỉ vẽ đến các lô đất, các vùng đất thì các bản đồ gốc này được gọi là bản đồ địa chính cơ sở đo ảnh

Bản đồ địa chính gốc là tài liệu cơ bản để biên tập, biên vẽ và đo vẽ bổ sung thành bản đồ địa chính theo đơn vị hành chính xã, phường, thị trấn (gọi chung là

cấp xã), để thể hiện hiện trạng vị trí, diện tích, hình thể và loại đất của các ô thửa

có tính ổn định lâu dài và dễ xác định ở thực địa

1.1.1.2 Bản đồ địa chính: Đó là bản đồ thể hiện trọn vẹn các thửa đất và

các đối tượng chiếm đất, các yếu tố quy hoạch đã được phê duyệt, các yếu tố địa lý liên quan, được biên vẽ, biên tập từ bản đồ địa chính gốc theo từng đơn vị hành chính cấp xã, được đo vẽ bổ sung để vẽ trọn vẹn các thửa đất, xác định loại đất theo chỉ tiêu thống kê của từng chủ sử dụng đất trong mỗi mảnh bản đồ và được hoàn chỉnh phù hợp với số liệu trong hồ sơ địa chính

Bản đồ địa chính được lập cho từng đơn vị hành chính cấp xã, được Uỷ ban nhân dân xã xác nhận và cơ quan quản lý đất đai cấp tỉnh phê duyệt Bản đồ địa chính là tài liệu quan trọng trong bộ hồ sơ địa chính; trên bản đồ thể hiện vị trí, hình thể, diện tích, số thửa và loại đất của từng chủ sử dụng đất; đáp ứng được yêu cầu quản lý đất đai của nhà nước ở tất cả các cấp xã, huyện, tỉnh và trung ương

1.1.1.3 Bản đồ địa chính trích đo: là bản đồ thể hiện trọn vẹn một thửa đất

hoặc một số thửa đất liền kề nhau và các đối tượng liên quan thuộc một xã hoặc nhiều xã liền kề Bản đồ trích đo có tỷ lệ lớn hơn hay nhỏ hơn tỷ lệ bản đồ địa chính đã có ở địa phương Tiêu chuẩn kỹ thuật đo vẽ bản đồ trích đo áp dụng theo tiêu chuẩn bản đồ địa chính cùng tỷ lệ

1.1.2 Nội dung bản đồ địa chính

Bản đồ địa chính là tài liệu chủ yếu trong bộ hồ sơ địa chính vì vậy trên bản đồ cần thể hiện đầy đủ các yếu tố đáp ứng yêu cầu quản lý đất đai

1 Điểm khống chế toạ độ, độ cao Nhà nước các hạng, điểm địa chính, điểm

độ cao kỹ thuật, điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ có chôn mốc ổn định

2 Địa giới hành chính (ĐGHC) các cấp, mốc ĐGHC; đường mép nước thủy triều trung bình thấp nhất (đường mép nước triều kiệt) trong nhiều năm (đối với các đơn vị hành chính giáp biển)

3 Ranh giới thửa đất, loại đất, số thứ tự thửa đất, diện tích thửa đất và các yếu tố nhân tạo, tự nhiên chiếm đất nhưng không tạo thành thửa đất, các tài sản

gắn liền với thửa đất Ranh giới thửa đất được thể hiện trên bản đồ bằng đường viền khép kín dạng đường gấp khúc hoặc đường cong Để xác định vị trí thửa đất cần đo vẽ chính xác các điểm đặc trưng trên đường ranh giới thửa đất Đối với mỗi thửa đất, trên bản đồ còn phải thể hiện đầy đủ ba yếu tố là số thứ tự thửa, diện tích và phân loại đất theo mục đích sử dụng

4 Hệ thống giao thông: Cần thể hiện tất cả các loại đường sắt, đường bộ,

đường nội bộ khu phố, ngõ phố, đường liên xã, liên thôn, đường trong làng, ngoài

đồng, Đo vẽ chính xác vị trí, chỉ giới đường, tính chất con đường và các công trình cầu cống Độ rộng đường lớn hơn 0,2 mm trên bản đồ phải vẽ 2 nét, nhỏ hơn 0,2mm thì vẽ một nét và ghi chú độ rộng chính xác đến 0,1m

5 Mạng lưới thuỷ văn: Thể hiện hệ thống sông ngòi, kênh mương, ao hồ,

Đo vẽ theo mức nước cao nhất hoặc mức nước tại thời điểm đo vẽ Độ rộng kênh mương lớn hơn 0,2 mm trên bản đồ phải vẽ 2 nét, nhỏ hơn 0,2mm thì vẽ một nét

và ghi chú độ rộng chính xác đến 0,1m

6 Địa vật quan trọng: Trên bản đồ địa chính phải thể hiện các địa vật có ý nghĩa định hướng, có tính kinh tế, xã hội, văn hoá Đối với bản đồ tỷ lệ lớn, khu vực dân cư đô thị trong mỗi thửa đất phải đo vẽ các công trình chính như nhà ở, nhà làm việc Ranh giới các công trình xây dựng được thể hiện theo mép tường ngoài

7 Mốc quy hoạch, chỉ giới quy hoạch, ranh giới hành lang an toàn giao thông, thuỷ lợi, điện và các công trình khác có hành lang an toàn; ranh giới quy hoạch sử dụng đất

8 Dáng đất: dáng đất được thể hiện trên bản đồ địa chính bằng đường bình

độ hoặc ghi chú độ cao

9 Cơ sở hạ tầng

1.1.3 Hệ thống tỷ lệ bản đồ địa chính

Bản đồ địa chính được thành lập theo tỷ lệ từ 1: 200 đến 1: 25.000 Việc

chọn tỷ lệ bản đồ địa chính sẽ căn cứ vào các yếu tố cơ bản sau:

- Loại đất cần vẽ bản đồ: đất nông - lâm nghiệp diện tích thửa lớn vẽ tỷ lệ nhỏ còn đất ở, đất đô thị sẽ vẽ tỷ lệ lớn

- Khu vực đo vẽ: Do điều kiện tự nhiên và tập quán canh tác khác nhau nên

diện tích thửa đất cùng loại ở các vùng khác nhau cũng thay đổi đáng kể

- Yêu cầu độ chính xác bản đồ là yếu tố quan trọng để chọn tỷ lệ bản đồ

Muốn thể hiện diện tích đến 0,1m2 thì chọn tỷ lệ 1:200, 1:500 Đối với các tỷ lệ

1.1.4 Hệ tọa độ và phương pháp chia mảnh bản đồ địa chính

ở chương hai đã được giới thiệu những yêu cầu riêng về hệ quy chiếu bản

đồ địa chính tỷ lệ lớn Để đảm bảo tính thống nhất, tính chính xác của bản đồ địa

chính và giảm nhỏ ảnh hưởng của phép chiếu đến yếu tố cần quản lý đối với đất

đai, cơ sở toán học của bản đồ địa chính cần được lựa chọn đảm bảo các yêu cầu sau:

- Bản đồ địa chính được thành lập trong hệ toạ độ Quốc gia VN-2000 và độ

cao Nhà nước hiện hành Kinh tuyến gốc (00) được quy ước là kinh tuyến đi qua

GRINUYT Điểm gốc của hệ toạ độ mặt phẳng (điểm cắt giữa kinh tuyến trục của

từng tỉnh và xích đạo) có tọa độ X = 0 km, Y = 500 km

- Điểm gốc của hệ độ cao là điểm độ cao gốc ở Hòn Dấu - Hải Phòng

- Sử dụng phép chiếu hình và hệ toạ độ vuông góc phẳng UTM, múi chiếu

3o, hệ số biến dạng dài trên kinh tuyến trục là mo = 0,9999, kinh tuyến trục địa

phương được chọn phù hợp cho tỉnh hoặc thành phố trực thuộc trung ương

Từ trước tới nay các quy phạm bản đồ địa chính đã đưa ra nhiều phương pháp chia mảnh và đánh số bản đồ địa chính Các phương pháp được sử dụng ở các thời kỳ, ở địa phương rất khác nhau, dẫn đến kết quả là bản đồ và hồ sơ địa chính không hoàn toàn thống nhất trên phạm vi rộng Sau đây sẽ giới thiệu một phương pháp chia mảnh và đánh số bản đồ địa chính gốc và bản đồ địa chính được dùng chính thức từ tháng 11 năm 2008

1.1.5 Chia mảnh bản đồ địa chính cơ sở

Bản đồ địa chính gốc được thể hiện trên bản vẽ hình vuông Việc chia mảnh bản đồ địa chính cơ sở dựa theo độ lưới ô vuông của hệ tọa độ vuông góc

Bản đồ 1:25.000: Dựa vào lưới kilômet (km) của hệ toạ độ mặt phẳng, bắt

đầu từ kinh tuyến trục cho từng tỉnh và xích đạo chia khu đo thành các ô vuông Mỗi ô vuông có kích thước thực tế là 12 ì 12 km tương ứng với một mảnh bản đồ

tỷ lệ 1:25.000 Kích thước hữu ích của bản đồ là 48 ì 48 cm tương ứng với diện tích là 14.400 ha

Số hiệu của mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 gồm 8 chữ số: 2 số đầu là 25, tiếp sau là dấu gạch nối (-), 3 số tiếp là số chẵn kilômet (km) của toạ độ X, 3 chữ số sau là 3 số chẵn kilômet (km) của toạ độ Y của điểm góc trái trên của mảnh bản

Hình: 1.1 Chia mảnh bản đồ địa chính

Bản đồ 1:10.000: Chia mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 thành 4 ô vuông Mỗi ô

vuông có kích thước thực tế là 6 ì 6 km tương ứng với một mảnh bản đồ tỷ lệ

1:10.000 Kích thước hữu ích của bản đồ là 60 ì 60 cm tương ứng với diện tích là

3.600 ha Tọa độ đường khung trong của bản đồ tỷ lệ 1:10.000 theo trục X phải

chia hết cho 6, còn theo hướng trục Y có một đường khung bản đồ trùng với kinh

tuyến trục của tỉnh

Số hiệu của mảnh bản đồ tỷ lệ 1:10.000 gồm 8 chữ số: 2 số đầu là 10, tiếp

sau là dấu gạch nối (-), 3 số tiếp là số chẵn kilômet (km) của toạ độ X, 3 chữ số

sau là 3 số chẵn kilômet (km) của toạ độ Y của điểm góc trái trên của mảnh bản

đồ Ví dụ: Các tờ bản đồ 1:10.000 đánh dấu gạch chéo 10 - 340488, 10-334494

Bản đồ 1: 5.000: Chia mảnh bản đồ 1:10.000 thành 4 ô vuông, mỗi ô

vuông có kích thước là 3 ì 3 km, ta có một mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 5.000 Kích thước

hữu ích của bản vẽ là 60 ì 60cm, tương ứng với diện tích đo vẽ là 900 ha ở thực

địa Số hiệu của tờ bản đồ 1: 5.000 đánh theo nguyên tắc tương tự như tờ bản đồ tỷ

lệ 1: 10.000 nhưng không có số 10 mà chỉ có 6 số, đó là tọa độ chẵn kilomet của

góc Tây-Bắc mảnh bản đồ 1: 5.000 Ví dụ: Mảnh tô đậm là 331497

Bản đồ 1: 2.000: Lấy tờ bản đồ 1: 5.000 làm cơ sở chia 9 ô vuông, mỗi ô

vuông có kích thước thực tế là 1ì1 km, ứng với một tờ bản đồ tỷ lệ 1: 2.000, kích

thước khung bản vẽ là 50 ì 50 cm, diện tích đo vẽ là 100 ha Các ô vuông được

đánh số bằng chữ số Arập từ 1 đến 9 theo nguyên tắc từ trái sang phải, từ trên

xuống dưới Số hiệu của tờ bản đồ tỷ lệ 1: 2.000 là số hiệu tờ 1: 5.000 thêm gạch

nối (-) và số hiệu ô vuông Ví dụ: 331497 - 9

Bản đồ 1:1.000: Lấy tờ bản đồ 1: 2.000 chia thành 4 ô vuông, mỗi ô

vuông có kích thước 500ì500m, ứng với một mảnh bản đồ tỷ lệ 1:1.000 Kích thước hữu ích của bản vẽ là 50 ì 50cm, diện tích đo vẽ thực tế là 25 ha Các ô vuông được đánh số thứ tự bằng chữ cái a, b, c, d theo nguyên tắc từ trái sang phải,

từ trên xuống dưới Số hiệu của tờ bản đồ 1: 1.000 bao gồm hiệu tờ bản đồ 1:

2.000, thêm gạch nối và số thứ tự ô vuông Ví dụ: 331497 - 9 - b

Bản đồ 1: 500: Lấy tờ bản đồ 1: 2.000 làm cơ sở chia thành 16 ô vuông

Mỗi ô vuông có kích thước thực tế là 250 ì 250 m, tương ứng với một tờ bản đồ tỷ

lệ 1: 500 Kích thước hữu ích của bản vẽ là 50 ì 50 cm, tương ứng với diện tích đo

vẽ là 6,25 ha Các ô vuông được đánh số từ 1 đến 16 theo nguyên tắc từ trên xuống dưới, từ trái sang phải Số hiệu tờ bản đồ 1:500 gồm số hiệu tờ 1: 2.000, gạch nối và

số thứ tự ô vuông trong ngoặc đơn Ví dụ: 331497 - 9 - (6)

Bản đồ 1: 200: Trong trường hợp đặc biệt cần vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 200 thì

lấy tờ bản đồ tỷ lệ 1: 2.000 làm cơ sở chia thành 100 tờ bản đồ tỷ lệ 1: 200 thêm

ký hiệu chữ số Arập từ 1 đến 100 vào sau ký hiệu tờ bản đồ cơ số 1: 2.000 Ví dụ:

331497 - 9 - 30

1.2 YÊU CầU Độ CHíNH XáC LƯớI TọA Độ ĐịA CHíNH

Lưới tọa độ địa chính được thành lập nhằm phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính Tính thống nhất về độ chính xác của lưới tọa độ địa chính là yếu tố quan trọng bảo đảm cho bản

đồ địa chính được thành lập ở các vùng khác nhau vẫn đồng đều về chất lượng, đặc biệt là

đảm bảo độ chính xác yếu tố cần thể hiện trên bản đồ Trong mục này chúng ta xem xét vấn đề độ chính xác lưới tọa độ địa chính xuất phát từ yêu cầu độ chính xác các yếu tố vị trí, kích thước, diện tích thửa đất cần thể hiện trên bản đồ địa chính

1.2.1 Yêu cầu độ chính xác bản đồ địa chính

Yêu cầu cơ bản nhất của bản đồ địa chính là thể hiện chính xác vị trí, kích thước và diện tích các thửa đất Trong quá trình đo vẽ bản đồ thì bước quan trọng

nhất là dùng các phương pháp đo nhằm xác định vị trí các điểm đặc trưng của

đường biên thửa đất so với điểm khống chế toạ độ Kết quả đo chi tiết được vẽ trên giấy theo tỷ lệ đã chọn ta có bản đồ giấy hoặc biên tập lưu trữ trong máy tính ở dạng bản đồ số

Khi vẽ bản đồ trên giấy thì ngoài sai số đo đạc còn có sai số đồ hoạ ảnh hưởng đến độ chính xác các yếu tố trên bản đồ Số liệu ở bản đồ số chỉ tồn tại sai

số đo đạc, giảm hẳn được sai số đồ hoạ Kích thước và diện tích thửa đất được đo trên bản đồ hoặc tính ra từ toạ độ các điểm góc thửa đất theo phương pháp giải tích Rõ ràng độ chính xác đo đạc toạ độ các điểm khống chế đo vẽ và điểm ranh giới thửa đất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác diện tích thửa đất

Quy phạm đo vẽ bản đồ địa chính [2] quy định hai sai số cơ bản theo tiêu chuẩn thành lập bản đồ địa chính trên giấy, đó là sai số trung bình vị trí điểm địa vật quan trọng so với điểm khống chế đo vẽ và sai số tương hỗ vị trí điểm địa vật hoàn toàn tương đương như bản đồ địa hình:

- Sai số trung bình vị trí mặt phẳng các điểm địa vật chủ yếu so với điểm của lưới khống chế đo vẽ mặt phẳng gần nhất không được lớn hơn 0,5mm trên bản

- Sai số trung bình vị trí mặt phẳng của điểm khống chế đo vẽ sau bình sai

so với điểm khống chế toạ độ từ điểm địa chính trở lên gần nhất không quá 0,10

địa hình) sau bình sai so với điểm độ cao kỹ thuật gần nhất không quá 1/10 khoảng cao

1.2.1.2 Độ chính xác đo chi tiết bản đồ

- Sai số trung bình vị trí các điểm trên ranh giới thửa đất biểu thị trên bản

đồ địa chính số so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ (hoặc điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp) gần nhất không được vượt quá:

5 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200

7 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500

15 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000

30 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000

150 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000

400 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10000 Quy định sai số nêu trên ở tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000 áp dụng cho trường hợp đo vẽ đất đô thị và đất khu vực có giá trị kinh tế cao; trường hợp đo vẽ

đất khu dân cư nông thôn ở tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000 các sai số nêu trên được phép tới 1,5 lần; trường hợp đo vẽ đất nông nghiệp ở tỷ lệ 1:1000 và 1:2000 các sai

số nêu trên được phép tới 2 lần

- Sai số trung bình vị trí các điểm trên ranh giới thửa đất biểu thị trên bản

đồ địa chính in trên giấy (sau khi đã cải chính độ biến dạng của giấy in bản đồ) so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ (hoặc điểm khống chế ảnh) gần nhất không

được vượt quá 0,3 mm đối với bản đồ tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000

và không vượt quá 0,4 mm đối với bản đồ tỷ lệ 1:10000

- Sai số trung bình độ dài giữa các điểm trên cùng cạnh thửa đất, sai số trung bình độ dài cạnh thửa đất, sai số tương hỗ trung bình giữa các điểm trên hai

cạnh thửa đất trên bản đồ địa chính số và trên bản đồ địa chính in trên giấy không vượt quá 1,5 lần quy định nêu trên

- Sai số trung bình về độ cao của đường bình độ, độ cao của điểm đặc trưng

địa hình, độ cao của điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ địa chính (nếu có yêu cầu biểu thị) so với độ cao của điểm khống chế độ cao ngoại nghiệp gần nhất không quá 1/3 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản ở vùng đồng bằng và không quá 1/2 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản ở vùng đồi núi, núi cao, vùng ẩn khuất

Yêu cầu độ chính xác các yếu tố nói trên là cơ sở cho việc ước tính độ chính xác của các cấp lưới tọa độ địa chính Việc ước tính độ chính xác lưới khống chế địa chính cần đảm bảo nguyên tắc cơ bản là:

- Đáp ứng yêu cầu độ chính xác các yếu tố cần quản lý đối với đất đai

- ảnh hưởng của sai số lưới cấp cao đến độ chính xác lưới cấp thấp là không

đáng kể để khi bình sai mạng lưới cấp thấp không phải xét đến sai số số liệu gốc

1.2.2 Lưới tọa độ địa chính đảm bảo sai số trung phương chiều dài cạnh thửa đất

Đối với bản đồ địa chính thì điểm địa vật quan trọng nhất chính là các điểm

đặc trưng trên đường biên thửa đất và kích thước quan trọng nhất chính là chiều dài cạnh thửa Trong quy phạm thành lập bản đồ địa chính thường đưa ra chuẩn về sai số trung bình vị trí điểm, tuy nhiên khi ước tính độ chính xác bản đồ ta chỉ có thể thực hiện theo sai số trung phương Vì vậy phải chuyển sang tiêu chuẩn độ chính xác theo sai số trung phương của các yếu tố cần xem xét

1.2.2.1 Độ chính xác lưới tọa độ địa chính theo quy phạm 1999

Trong tài liệu [10], đã làm rõ nguyên tắc thiết kế độ chính xác lưới tọa độ địa chính phục vụ đo vẽ thành lập bản đồ địa chính trên giấy theo quy phạm [1] Lưới tọa

độ địa chính được xây dựng 5 cấp tựa vào lưới tọa độ Nhà nước hạng I và hạng II

Từ yêu cầu độ chính xác chiều dài cạnh thửa đất biểu thị trên bản đồ địa chính

tỷ lệ 1: 200 đã xác định được yêu cầu độ chính xác lưới tọa độ địa chính các cấp như trong bảng 1.2

SS tương đối giới hạn

Cấp lưới tọa độ

SSTP tương đối

SS tương đối giới hạn

Cấp lưới toạ độ

Từ yêu cầu trên, trong quy phạm [2] đã thiết kế xây dựng lưới địa chính cơ sở

có mật độ tương đương lưới hạng IV và độ chính xác tương đương lưới tọa độ hạng III Nhà nước, sai số trung phương tương đối chiều dài cạnh sau bình sai đạt 1: 100.000 đến 1: 120.000

Lưới địa chính cơ sở đo bằng công nghệ GPS Lưới toạ độ địa chính cấp I, cấp II và lưới khống chế đo vẽ (đường chuyền kinh vĩ cấp 1, cấp 2), đều dùng loại

đường chuyền đo cạnh bằng máy điện quang

1.2.2.2 Độ chính xác lưới tọa độ địa chính theo quy phạm 2008

Quy phạm [3] quy định:

a Sai số trung bình vị trí của điểm ranh giới thửa đất trên bản đồ địa chính

số so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ không vượt quá một giới hạn quy định

Ví dụ θvt ≤ 5 cm đối với tỷ lệ 1:200 Khi đó sai số trung phương vị trí điểm sẽ là

mvt ≤ 6,25 cm

b Sai số trung bình độ dài cạnh thửa đất trên bản đồ địa chính số không vượt quá 1,5 lần quy định trên, tức là θS ≤ 7,5 cm Khi đó sai số trung phương chiều dài cạnh thửa sẽ là mS =θS ì 5/4 = 9,4 cm cho bản đồ tỷ lệ 1:200

Hai quy định nêu ở điểm (a) và (b) thực ra không đồng nhất với nhau:

- Sai số nêu ở điểm (a) chỉ gồm sai số đo chi tiết, không bao gồm ảnh hưởng của sai số vị trí điểm khống chế đo vẽ

- Ta có thể chứng minh được rằng: trong trường hợp hai điểm hai đầu cạnh thửa được đo từ hai trạm máy khác nhau (độc lập nhau về sai số) và khi điểm khống chế đo vẽ được coi là không có sai số thì sai số trung phương chiều dài cạnh

thửa sẽ bằng sai số trung phương vị trí điểm một đầu cạnh: m S = m vt Vì vậy khi

thiết kế xây dựng lưới tọa độ phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính không thể sử dụng

yêu cầu nêu ở điểm (a)

Lưới tọa độ địa chính được thiết kế đảm bảo yêu cầu độ chính xác đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ lớn nhất là 1:200 Khi đó, ta lấy sai số chiều dài cạnh thửa theo yêu cầu nêu trong điểm (b) để tính toán thiết kế lưới tọa độ địa chính và ước tính sai số đo mS = 9,4 cm

c Lưới địa chính phải đảm bảo độ chính xác sau bình sai theo quy định sau:

Bảng1.4 Độ chính xác lưới địa chính sau bình sai

2 Sai số trung phương tương đối cạnh 1:50000

3 Sai số trung phương tuyệt đối cạnh dưới 400m 0,012m

4 Sai số trung phương phương vị 5”

5 Sai số trung phương phương vị cạnh dưới 400 mét 10 “

Khi nghiên cứu cơ sở cho việc lựa chọn sơ đồ phát triển lưới tọa độ địa chính có thể căn cứ theo các điểm sau đây:

- Hiện nay lưới tọa độ địa chính cơ sở đã đương nhiên được thừa nhận là lưới tọa độ Nhà nước, được xây dựng dày đặc trên toàn quốc, cơ bản đã thay thế lưới Nhà nước hạng III và hạng IV cũ trong đo vẽ bản đồ địa chính Mạng lưới này

đủ mật độ và độ chính xác khống chế cho các cấp của lưới tọa độ địa chính

- Để đảm bảo hệ tọa độ thống nhất cho bản đồ địa chính toàn quốc, khi xây dựng lưới tọa độ địa chính phục vụ đo vẽ bản đồ chỉ cần chêm dày vào lưới tọa độ

từ địa chính cơ sở trở lên

- Yêu cầu cơ bản của bản đồ địa chính là độ chính xác tương hỗ vị trí các

điểm ranh giới thửa đất hoặc chiều dài cạnh thửa, chiều dài đường chéo thửa còn vị trí tuyệt đối trong hệ tọa độ chỉ có ý nghĩa định vị Tức là cần đảm bảo độ chính xác tương đối của các điểm khống chế tọa độ

- Lưới tọa độ địa chính cơ sở có sai số trung phương tương đối chiều dài cạnh yếu đạt từ 1: 100.000 đến 1: 120.000

Trên các khu vực đo đã có một số điểm khống chế Nhà nước đủ làm cơ sở phát triển lưới cấp thấp, ta tiến hành chêm dày mạng lưới tọa độ địa chính cho đủ mật độ cần thiết phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính Nếu đo vẽ bản đồ địa chính theo phương pháp đo trực tiếp ở thực địa thì sơ đồ chêm dày thường được thực hiện theo tuần tự từ cấp 1 đến cấp thứ n

Giả sử lưới cấp cao đã có trong khu vực có độ chính xác đặc trưng là sai số trung phương tương đối chiều dài cạnh:

o o

S

T S

m = 1 (1.1) Nếu ta chọn hệ số giảm độ chính xác giữa hai cấp khống chế là K, ta lập

000.100

=

K

i i

Si

T S

Suy ra sai số trung phương tương đối cạnh yếu của ba cấp khống chế chêm dày và sai số tương đối giới hạn tương ứng ghi trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Bảng sai số trung phương tương đối cạnh yếu Loại sai số Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Sai số trung phương tương đối cạnh yếu 1:35.000 1:12000 1:4000 Nếu lưới tọa độ địa chính xây dựng theo 3 cấp như trên thì chỉ cần xây dựng

lưới tọa độ địa chính có sai số tưong đối cạnh yếu đạt 1:35.000 Tuy nhiên quy phạm đã quy định sai số tương đối cạnh yếu phải đạt 1:50.000 Điều đó chứng tỏ sai số tương hỗ của lưới tọa độ địa chính sẽ ảnh hưởng không đáng kể đến độ chính xác chiều dài cạnh thửa đất

I.3 CáC PHƯƠNG PHáP THàNH LậP BảN Đồ ĐịA CHíNH

a Phương pháp đo vẽ trực tiếp: Lập lưới tọa độ địa chính các cấp, dùng

máy toàn đạc điện tử đo chi tiết nội dung bản đồ, nhập số liệu đo vào máy tính tạo tệp dữ liệu tọa độ các điểm chi tiết, tạo tệp dữ liệu sơ họa, xử lý dữ liệu tạo bản đồ nền, chia mảnh bản đồ và biên tập bản đồ số địa chính theo mẫu

b Phương pháp đo ảnh số: Chụp ảnh hàng không, quét ảnh tạo ra tệp dữ

liệu ảnh raster, tăng dày khống chế ảnh, lập mô hình số độ cao, nắn ảnh tạo ra bản

đồ ảnh trực giao, vector hoá nội dung bản đồ địa chính tạo ra tệp dữ liệu bản đồ dạng vector, điều tra và đo vẽ bổ sung nội dung bản đồ ở thực địa, biên tập bản đồ địa chính dạng số theo mẫu

c Phương pháp biên vẽ từ bản đồ địa hình cùng tỷ lệ: Dùng máy quét để

quét bản đồ giấy tạo ra tệp dữ liệu ảnh raster, Sử dụng bản đồ địa hình cùng tỷ lệ thay cho bình đồ ảnh,Vector hóa ranh giới thửa tạo ra tệp vector, biên tập bản đồ theo mẫu bản đồ số địa chính Phương pháp này cho mục đích giao đất giao rừng

Chương 2 Hệ thống máy chụp ảnh hμng không kỹ thuật số

Vecxel Ultracam Xp W/a

để biểu diễn độ phân giải hình ảnh :

- Bằng kích thước pixel

- Bằng tổng số pixel

- Bằng số pixel trên một inch (dpi)

2.1.2 Bộ cảm biến ccd

Máy chụp ảnh kỹ thuật số là loại máy chụp mà kết quả thu nhận hình ảnh

được lưu giữ dưới dạng số (không lưu trên các vật liệu truyền thống như phim

ảnh), dữ liệu số được lưu trữ trên máy tính

Một trong những thiết bị cơ bản nhất của máy chụp ảnh kỹ thuật số đó là bộ cảm biến CCD Sau đây ta sẽ tìm hiểu về bộ cảm biến CCD

2.1.2.1 Khái niệm

Phần lớn máy ảnh số hiện nay sử dụng bộ cảm biến CCD (Charge Coupled Device) CCD bao gồm một mạng lưới như bàn cờ các điểm bắt sáng (điểm ảnh, pixel) Các điểm này lại được phủ các lớp lọc màu (thường là một trong 3 màu cơ

bản Red, Green, Blue (đỏ, xanh lá cây, xanh dương) để mỗi điểm chỉ bắt một màu nhất định Do các điểm ảnh được phủ các lớp lọc màu khác nhau và được đặt xen kẽ nhau nên màu nguyên thuỷ tại một điểm của hình ảnh thật sẽ được tái hiện bằng màu từ một điểm ảnh chính kết hợp với các màu bù được bổ sung từ các điểm xung quanh bằng phương pháp nội suy

Hình 2.1 Minh hoạ sự lọc màu tại một điểm bắt sáng ở chíp CCD

2.1.2.2 Các phương pháp cảm nhận màu

Đối với bộ cảm mảng có 5 phương pháp thu nhận màu:

a Sử dụng một bộ cảm biến CCD cho mỗi kênh màu

Mỗi CCD có kính lọc màu riêng: đỏ, xanh lá cây, xanh da trời và hồng ngoại, và mỗi hình ảnh CCD có tâm chiếu hình khác nhau (xem hình vẽ 2.2)

Hình 2.2 Minh họa kính lọc mầu

Vấn đề của phương pháp này là cần phải khắc phục sự ghi nhận sai giữa các kênh màu Sự ghi nhận thường là hỗn hợp giữa R - G (đỏ – xanh lá cây), B - G (xanh da trời – xanh lá cây) và NIR - G (hồng ngoại – xanh lá cây)

Người ta chia dải phổ thành 3 khoảng như sau:

- Khoảng nhìn thấy (Visible)

- Khoảng gần hồng ngoại (Nir)

- Khoảng sóng bức xạ hồng ngoại ngắn (Swir)

Dải phổ này được chia thành 3 khoảng dựa trên cơ sở giá trị của các bước sóng như hình vẽ sau:

Hình2.3 Dải phổ

b Bộ cảm biến CCD với tách tia màu

Hình vẽ 2.4 mô tả các phân tách tia màu để tạo ra 4 hình ảnh với cùng một yếu tố hình học Kết quả là làm giảm lượng ánh sáng đi vào bộ cảm biến Hơn nữa việc thay thế kính vật và bộ cảm CCD phải rất chính xác, vì thế rất tốn kém, đắt không có giải pháp thương mại cho máy ảnh hàng không

Hình 2.4 Cấu tạo bộ cảm biến CCD với tách tia màu

c Bộ cảm biến CCD đơn chiếc với kính lọc đĩa tròn quay

Hình 2.5 chỉ dẫn cách bánh xe tròn quay để nhận được màu trong 3 ảnh khác nhau tuần tự bằng một bộ cảm biến Điều này hạn chế chất lượng hình học khi ảnh thu được với các yếu tố định hướng ngoài khác nhau trong khi bay Cần

400 500 VISIBLE 600 700 800 NIR 900 1000 SWIR μm

phải ghi nhận hình ảnh và phương pháp này hạn chế số ảnh có thể ghi được trong 1 giây

Hình 2.5 Cấu tạo bộ cảm biến CCD đơn chiếc với kính lọc đĩa tròn quay

2.1.2.3 Bộ cảm biến CCD hình mẫu Bayer

Mảng lọc màu (CFA- Color Filter Area) sử dụng các mảng đơn rà soát các hình mẫu có tổ chức của kính lọc mầu trên mỗi pixel để có thể thực hiện được từ

1 mảng chứ không phải là 3 Mảng lọc màu CFA duy nhất được gọi là hình mẫu Bayer (Bayer Pattern) Hình 2.6a mô tả khái niệm cơ bản và chỉ ra rằng màu xanh lá cây có số lượng pixel gấp 2 số lượng pixel đỏ và xanh da trời

Hình 2.6b và 2.6c mô phỏng 81x81pixel của ảnh màu khi dùng ý tưởng cơ bản này Phương pháp này có khả năng làm giảm số lượng bộ cảm CCD và hình nón quang học trong khi các kênh màu được ghi nhận hình học rất tốt Điều này giải thích vì sao nó được dùng trong một số máy ảnh kỹ thuật số Lưu ý rằng chống nhoè FMC thông qua TDI không thực hiện được với bộ cảm biến Bayer Pattern

Hình 2.6 Nguyên lý Bayer Pattern

nhau tạo ra bộ cảm hình ảnh màu đầy đủ Kích thước CCD lớn nhất là 2268 x1512

x 3 pixel Nó vẫn còn quá bé để có thể ứng dụng cho ảnh hàng không Bộ cảm này chỉ hạn chế trong ảnh RGB (đỏ, xanh lá cây, xanh da trời) và không thiết kế cho cảm biến hồng ngoại

Khi hình ảnh màu thu nhận được với độ phân giải thấp hơn so với kênh hồng ngoại, các hình ảnh này có thể kết hợp với nhau để tạo ra hình ảnh độ phân giải cao

và đa phổ Quá trình này gọi là Pansharpenning Kết hợp hình ảnh hoặc kết hợp đa

độ phân giải

Hình 2.7 Cấu tạo bộ cảm biến Foveon X3

2.2 Cấu tạo và nguyên lý thu nhận hình ảnh

2.2.1 Cấu tạo chung

Một trong những hạn chế cơ bản của việc giới thiệu máy chụp ảnh số mới là kích thước nhỏ của bộ cảm biến CCD bộ phận cấu thành của máy ảnh mới này

Điều đó gây trở ngại để tạo ra hình ảnh kích thước lớn có điều khiển như trong hệ thống vệ tinh là sự mất tương xứng giữa việc tạo ra dung lượng lớn số liệu khoảng 1 Gb/ giây và khả năng xử lý số liệu đó

Do sự hạn chế của bộ cảm biến CCD cỡ nhỏ đưa đến ý tưởng sử dụng nhiều máy

ảnh để thu được diện tích phủ mặt đất lớn (trường nhìn) Vì thế máy ảnh kỹ thuật số khổ lớn có cấu tạo chung là sử dụng nhiều máy chụp ảnh ghép lại với nhau để mở rộng trường nhìn ý tưởng sử dụng nhiều máy ảnh để mở rộng trường nhìn không phải là mới Trong thời gian những năm 1930 máy chụp ảnh hàng không bị hạn chế trong kích thước định dạng vì sai số méo hình của kính vật ở rìa quá lớn Vì vậy hai

hoặc bốn máy ảnh RMK-13.5 đã được làm nền trong cách bố trí trục nhìn của mắt xiên, đúng như khái niệm mới mà hãng Z/I Imaging đã sử dụng trong hệ thống máy chụp ảnh DMC của họ

Hình 2.8 Khái niệm sử dụng nhiều máy chụp ảnh để mở rộng trường nhìn

Hình 2.8(a) Máy chụp ảnh được nhìn trực quan từ đỉnh Bốn hình chữ nhật chỉ ra những thấu kính được định hướng xiên

Hình 2.8(b) Máy chụp ảnh nhìn từ bên cạnh cùng với máy ảnh được định hướng xiên

2.2.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh

Khi chụp ảnh, cửa chớp mở, ánh sáng qua ống kính sẽ được lưu lại bề mặt chíp thông qua các điểm ảnh Thông tin về số lượng ánh sáng lưu lại của mỗi điểm (thể hiện khác nhau về điện áp) sẽ được chuyển lần lượt theo từng hàng ra ngoài bộ phận

đọc giá trị (để đọc các giá trị khác nhau của mỗi điểm ảnh) Sau đó các giá trị này

sẽ đi qua bộ khuếch đại tín hiệu, rồi đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (A/D converter), rồi tới bộ xử lý để tái hiện lại hình ảnh đã chụp được

CCD chuyển dòng điện qua một con chíp, một bộ ADC (Analog-to-Digital Converter) sẽ đo lượng điện tại mỗi tế bào quang điện và chuyển đổi giá trị đo lường này thành dạng số

Để dễ tưởng tượng quy trình xử lý ảnh của CCD, hãy hình dung mỗi điểm

ảnh là một người cầm một xô nước Khi ánh sáng tràn vào cũng giống như cơn mưa xuống, và mỗi người tuỳ theo độ dày của cơn mưa (ánh sáng mạnh yếu thể hiện lên bức ảnh) sẽ hứng được một lượng nước khác nhau ở xô của mình Sau khi số lượng nước của mỗi người đã được ghi nhớ, hàng ngoài cùng (hàng 1) sẽ đổ nước vào một cái rãnh (bộ đọc giá trị) Rãnh này sẽ ghi nhớ số lượng từng xô nước của hàng 1 Số

lượng nước của hàng 2 được truyền đến cho hàng 1 rồi lại đổ vào rãnh, rãnh lại ghi nhớ số lượng nước của hàng 2 Cứ thế, hàng 3 đổ vào hàng 2, hàng 4 đổ vào hàng 3, truyền tay cho đến hết hàng cuối cùng là coi như thông tin về toàn bộ bức ảnh (màu sắc, đậm nhạt, sáng tối…) đã được truyền xong, tất cả mọi người lại sẵn sàng cho cơn mưa khác tới (một kiểu ảnh mới)

2.3 Một số loại máy chụp ảnh kỹ thuật số

- Nhóm 2 : Loại máy ảnh cỡ ảnh trung bình như ADSS (Applanix), LiteMapper (IGI)…

- Nhóm 3 : Loại máy ảnh có kích cỡ ảnh hẹp như DAIS-1 (SpaceImaging), Spectra-view (Airborne Data System, Inc,)…

Hiện nay trên thế giới máy ảnh kỹ thuật số khổ lớn là một thiết bị mới chưa được phổ biến rộng rãi cho tới tháng 5/2005 ADS40 (quét theo dòng) bán ra thị trường mới có 27 chiếc, theo thống kê dự tính đến 2010 nhu cầu sử dụng trên thị trường 12-15 chiếc/năm

Bảng 2.1 Bảng thống kê máy chụp ảnh số

Tên máy HKS Châu Mỹ

(Chiếc)

Châu Âu (Chiếc)

Châu á (Chiếc)

Tổng số (Chiếc)

Dự kiến vào năm 2010

đó là sự gia tăng của máy ảnh kỹ thuật số (ADS 40, DMC, UltraCamD…)

Kích cỡ ảnh hàng không của thế hệ hiện đại là 23x23 cm, kích cỡ này tương

đương với 500 triệu điểm ảnh của máy chụp ảnh kỹ thuật số

Dựa trên nguyên tắc cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy chụp ảnh số kích thước lớn chia làm hai loại là :

- Máy chụp ảnh sử dụng bộ cảm mảng (Area) như DMC, UltraCamD, DiMac…

- Máy chụp ảnh sử dụng bộ cảm Push – broom (quét theo dòng) như ADS40, StarImager, 3-DAS-1…

a.Sử dụng bộ cảm biến quét theo mảng

Chia làm 2 loại:

- Bộ cảm mảng đa cảm biến

- Bộ cảm mảng cảm biến đơn

Hình 2.9 Hình chiếu đứng của bộ cảm biến mảng

Hình ảnh của bộ cảm biến mảng là ảnh tương tự kỹ thuật số như của máy chụp phim Hình ảnh màu theo phép chiếu hình xuyên tâm và được sử dụng đo vẽ

ảnh như ảnh analog ( tương tự) Các ảnh chứa thông tin hình học vì nó thu được bằng các bộ cảm biến CCD chặt chẽ và không có thông tin thêm ( như GPS) để xác

định yếu tố hình học Các phương pháp cổ điển như tính toán hình học epipolar là

có thể áp dụng được Hình ảnh thu được từ máy chụp ảnh dạng bộ cảm biến mảng trong quá trình xử lí nội nghiệp vẫn tôn trọng tất cả các nguyên tắc hình học như quá trình xử lí ảnh tương tự (độ phủ, tâm ảnh…)

Đối với máy ảnh bộ cảm mảng có thể tăng tốc độ chụp để đạt được độ phủ dọc tuỳ ý

* Đặc trưng cho máy chụp ảnh loại này là máy DMC và máy UltraCamD

b.Sử dụng bộ cảm biến quét theo dòng

Loại Push-broom tổng hợp hình ảnh với hình chiếu xuyên tâm cho mỗi dải

ảnh cắt qua hướng bay và không có hình chiếu dọc theo tuyến bay Loại số liệu này không dùng được trong các phương pháp đo vẽ ảnh tiêu chuẩn Ví dụ đường epipolar là các đường cong epipolar với các yếu tố hình học phức tạp Những thuật toán cho quét 3 đường được phát triển nhưng luôn luôn không được kết hợp trong các phần mềm đo vẽ ảnh phổ biến Không giống như ảnh của bộ cảm biến mảng, số liệu ảnh của bộ cảm biến push-broom không có thông tin hình học và chỉ có thể sử dụng được sau khi định vị và có số liệu định hướng từ các hệ thống ngoài như DGPS và INS

Hình 2.10 Khái niệm hình học của bộ cảm push-broom

Hình 2.10.a Mỗi hình ảnh đơn tuân theo phép chiếu hình xuyên tâm và độ phủ trong tuyến bay

Hình 2.10.b Ba dải hướng phía trước, hướng phía sau và hướng trùng với điểm trực chiếu Có hình chiếu xuyên tâm cắt ngang tuyến bay, nhưng không có hình chiếu dọc theo tuyến bay Đối với nguyên tắc TLS mỗi điểm mặt đất có thể nhìn thấy trên

nhỏ hơn 5cm (02 inch)

Hệ thống Modular bao gồm các cấu thành dựa trên công nghệ cảm biến mảng

để giải quyết các mặt trong công nghệ số

DMC làm tăng độ tin cậy của sản phẩm với người tiêu dùng thông qua công nghệ máy ảnh, đảm bảo độ phân giải hình học và bức xạ (radio metric) cao

Hệ thống cung cấp ảnh kỹ thuật số đảm bảo sản phẩm trực tiếp cho các yêu cầu lập Bản đồ và phân tích ảnh bao gồm: ảnh nắn trực giao, mô hình số mặt đất, CDTM, v.v

Việc kết hợp các modul mới khiến cho DMC trở nên lý tưởng cho công việc thu nhận số liệu để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn hay nhỏ và các ứng dụng công trình bao gồm: Nông nghiệp, Địa chính, Bản đồ, Lâm nghiệp, lập bản đồ Sử dụng đất, nghiên cứu môi trường, đánh giá thiên tai, quản lý nguy cơ lũ lụt, công trình giao thông, quy hoạch đô thị, công trình dân dụng, khai thác dầu khí, địa chất

Hình 2.11 Hình ảnh của máy ảnh DMC

2.3.2.2 Máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số IGN

Hệ thống camera này dựa trên dự án hàn lâm của Viện địa lý Quốc gia Pháp

Nó được trang bị 3 hình nón để thu số liệu ảnh sáng đỏ, xanh lá cây, xanh da trời hoặc 1 hình nón thu được số liệu toàn sắc

Hình 2.12 Máy ảnh hàng không kỹ thuật số IGN

a Hệ thống máy ảnh hàng không kỹ thuật số IGN, 3 hình nón thu ảnh hàng không đỏ, xanh lá cây, xanh da trời

b Hệ thống cảm biến số Applanix – (DSS) bao gồm 1 hình nón quang học đơn với bộ cảm Bayer Pattern

2.3.2.3.Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số DiMac

Máy ảnh này chứa 4 camera hình nón xiên Mỗi hình nón có thể thu được ở chế độ chân dung hoặc toàn cảnh và được trang bị mảng CCD loại Bayer Pattern để thu ánh sáng đỏ, xanh lá cây, xanh da trời hoặc cùng với kính lọc để thu được số liệu ảnh hồng ngoại Thêm nữa, mặt nghiêng của hình nón có thể thay đổi từ 00(vuông góc với mặt đất) đến 100 Ưu điểm thực tế nhất của máy này là cải chính chuyển động phía trước thực, bằng cách chuyển dịch mảng CCD trong khi lộ quang bằng nguyên tố Pie20 Độ xê dịch tối đa 60 micromet (6.5pixel) Thiết kế modul DIMAC có thể có 10 chế độ khác nhau để kết hợp đỏ, xanh lá cây, xanh da trời và hồng ngoại trong chế độ toàn cảnh và chân dung với các khả năng ứng dụng rộng

Hình 2.13 Hình ảnh máy ảnh modul kỹ thuật số

a Đầu camera chứa tới 4 hình nón đơn Các dạng mảng cảm CCD (RGB Bayer hoặc hồng ngoại) và thay thế (chân dung và toàn cảnh) có thể thay thế tuỳ ý ở đây chỉ ra 3 trong 10 loại camera khác nhau

b Camera có 1 hình nón ở chế độ chân dung

c Camera 2 hình nón ở chế độ toàn cảnh

d Camera có đủ 4 hình nón – 3 hình nón thu số liệu RGB (đỏ, xanh lá cây, xanh da trời, hình nón thứ 4 thu số liệu hồng ngoại)

2.3.2.4 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số DSS Applanix

Applanix sản xuất máy ảnh hàng không kỹ thuật số đơn giản với 1 hình nón quang học có chứa bộ cảm CCD – Bayer Pattern không có chống nhoè FMC, vì thế

phải có thời gian lộ quang ngắn (1/2000 – 1/4000) để tránh nhoè hình ảnh do chuyển động của máy bay

Máy ảnh thu hình ảnh RGB, có kính lọc và ảnh CIR

Hình 2.14: Hình ảnh máy chụp ảnh kỹ thuật số DSS 2.3.2.5 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số UHRFS

Máy ảnh này do hãng BAE sản xuất và sử dụng bộ cảm CCD độ phân giải cao 9216x9216 pixel của hãng Lockheed – hiện nay đây là bộ cảm CCD lớn nhất Máy ảnh này sử dụng bộ cải chính chuyển động đặc biệt TDI, vì nó nhìn nghiêng so với hướng bay Máy ảnh nhìn theo hướng bắt buộc của chiều bay với mục đích nhận biết giải đoán ảnh Toàn bộ hệ thống thiết kế cho mục đích lập bản đồ quân sự và giải doán ảnh vì thế không có ứng dụng trong dân sự

2.3.2.6 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số HRSC-AX

Viện nghiên cứu Hành tinh của Hãng không gian Đức phát triển loại máy ảnh Push-broom cho mục đích Hàn lâm HRSC-AX sử dụng để lập bản đồ từ máy bay

Hình 2.15 Hình ảnh máy ảnh lập thể HRSC-AX độ phân giải cao

Hình a: Máy ảnh chứa 3 đường quét CCD

Hình b: Các hàng quét của 5 dòng quét 4 dòng quét là kênh đỏ, xanh lá cây, xanh

da trời và kênh hồng ngoại Dòng thứ 5 màu trắng tương ứng với lập thể và đo vẽ

2.3.2.7 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số StarImager

Máy quét 3 dòng loại Push – broom có đế máy để gắn trên máy bay lên thẳng ưu điểm của máy bay lên thẳng là nó có thể bay thấp, và bay chậm nên