Đánh giá độ chính xác bản đồ tỷ lệ lớn được thành lập từ tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh vexcel ultracam xp w

Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TỶ LỆ LỚN BẰNG TƯ LIỆU ẢNH ĐƯỢC CHỤP TỪ MÁY CHỤP ẢNH HÀNG KHÔNG KỸ THUẬT SỐ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân Quá trình nghiên cứu được tiến hành một cách khoa học, các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là chính xác, trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2012

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tuyển

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 9 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG MÁY CHỤP

ẢNH HÀNG KHÔNG TẠI VIỆT NAM 12

1.1 Công nghệ Bay chụp ảnh hàng không tại Việt Nam từ năm 1990 đến nay 12

1.1.1 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không RMK-TOP 15 12

1.1.2 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không Wild RC-30 13

1.2 Các hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số đang sử dụng tại Việt Nam 15

1.2.1 Hệ thống máy chụp ảnh kỹ thuật số và quét Lidar RAPTOR 56 15

1.2.2 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TỶ LỆ

LỚN BẰNG TƯ LIỆU ẢNH ĐƯỢC CHỤP TỪ MÁY CHỤP ẢNH HÀNG

KHÔNG KỸ THUẬT SỐ VECXEL ULTRACAM XP W/A

24

2.1 Quy trình thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn từ tư liệu ảnh được chụp

bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A 24

2.2 Quy trình bay chụp ảnh và xử lý số liệu của hệ thống máy chụp ảnh hàng

không kỹ thuật số Vecxel Ultracam Xp W/A 27

2.2.1 Máy bay phục vụ bay chụp ảnh 27

2.2.2 Công tác chọn tài liệu, tư liệu sử dụng trong thi công 28

2.2.3 Thiết kế và quy định kỹ thuật đo điểm trạm Base (GPS) 30

2.2.4 Quy trình bay chụp ảnh và thu số liệu GPS/IMU 30

2.2.5 Công tác trút dữ liệu và xử lý dữ liệu ảnh số 32

2.2.6 Xử lý số liệu GPS/IMU và nguyên tố định hướng ngoài (EO) 38

2.2.7 Các bước chính trong xử lý ảnh số để tạo bình đồ ảnh 48

2.2.8 Công tác kiểm tra đánh giá chất lượng bay chụp, giao nộp sản phẩm 62

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC

BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN ĐƯỢC THÀNH LẬP TỪ TƯ LIỆU ẢNH ĐƯỢC

CHỤP BẰNG MÁY CHỤP ẢNH VEXCEL ULTRACAM XP W/A TẠI

KHU VỰC TỈNH TUYÊN QUANG

64

3.1 Khái quát về yêu cầu nhiệm vụ của khu thực nghiệm tại tỉnh Tuyên Quang 64

3.2 Công tác thực nghiệm thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000 tại khu vực

xã Vĩnh Lợi - huyện Sơn Dương - tỉnh Tuyên Quang bằng tư liệu ảnh được

chụp bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel Ultracam XP W/A

64

3.2.1 Công tác bay chụp ảnh 64 3.2.2 Công tác đo khống chế ảnh ngoại nghiệp 69

3.2.3 Công tác tăng dày khống chế ảnh 72

3.2.4 Đo vẽ ranh thửa đất trên trạm ảnh số 75

3.2.5 Điều vẽ ngoại nghiệp, đo vẽ bổ sung trên nền bình đồ ảnh và điều tra

3.2.6 Đánh giá độ chính xác của bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000 từ tư liệu ảnh

được chụp bằng máy chụp ảnh Vexcel Ultracam XP W/A 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DGPS Differential Global Positioning System GPS vi phân

DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao

CCD Charge Coupled Device Bộ cảm biến

FMC Forward Motion Compensation Hệ thống chống trượt FMS Flight management system Hệ thống quản lý bay

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GCP Ground control points Điểm khống chế mặt đất IMU Inertial Measurement Unit Thiết bị đo quán tính

ISAT The ImageStation Automatic Triangulation Trạm tăng dày ảnh tự động POS/AV Position and Orientation System for Airborne Vehicle Hệ thống định hướng và định vị cho máy ảnh PPS Postprocessing Software Phần mềm xử lý

LiDAR Light Detection And Ranging Dò và đo khoảng cách bằng sóng ánh sáng RMS Root Mean Square Sai số trung phương

TBFR Time Between Frame Thời gian giữa hai tấm ảnhINS Inertial Navigation System Hệ thống định vị quán tính

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng1.1 Các thông số kỹ thuật chủ yếu của máy chụp ảnh hàng

không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A 21 Bảng 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ

lớn sử dụng tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh hàng không

kỹ thuật sốVecxel Ultracam XP W/A

Bảng 3.5 Bảng so sánh kiểm tra diện tích các thửa đất thuộc khu

thực nghiệm xã Vĩnh Lợi - tỉnh Tuyên Quang 79 Bảng 3.6 Bảng so sánh kiểm tra tọa độ góc ranh các thửa đất thuộc

khu thực nghiệm xã Vĩnh Lợi - tỉnh Tuyên Quang 82

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Máy chụp ảnh hàng không RMK-TOP 15 13 Hình 1.2 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không Wild RC-30 14 Hình 1.3 Hệ thống máy chụp ảnh kỹ thuật số và quét Lidar RAPTOR 56 15 Hình 1.4 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel

Hình 2.1 Máy bay King Air B200 phục vụ công tác chụp ảnh hàng không 27 Hình 2.2 Bản đồ thiết kế bay chụp ảnh khu vực xã Vĩnh Lợi - tỉnh Tuyên Quang 28 Hình 2.3 Bản dự báo thời tiết tra cứu trên trang mạng phục vụ công tác

bay chụp ảnh khu vực xã Vĩnh Lợi - tỉnh Tuyên Quang 29 Hình 2.4 Trạm xử lý dữ liệu của hệ thống UltraMap 32 Hình 2.5 Quá trình xử lý ghép ảnh của 4 ống kính chính 34 Hình 2.6 Giao diện phần mềm Ultramap View sử dụng xem ảnh mức 2 35 Hình 2.7 Giao diện phần mềm Ultramap Radionmetry 35 Hình 2.8 Hiển thị thông tin của tấm ảnh bất kỳ khi đang xử lý 36 Hình 2.9 Quá trình tạo ảnh mức 3 với các lựa chọn kiểu ảnh đầu ra 37 Hình 2.10 Chương trình POSPac MMS 5.3 38 Hình 2.11 Dữ liệu tâm ảnh được hiển thị trước khi tính toán xử lý 41 Hình 2.12 Xử lý tính toán theo kiểu Single Base Station 42 Hình 2.13 Xử lý với sự tham gia tính tại một trạm base 42 Hình 2.14 Hiển thị bằng lệnh Display Plots 43 Hình 2.15 Kết quả sai số của North (đỏ), East (đen) và Down (xanh) 43 Hình 2.16 Kết quả kiểm định Lever Arms and Mounting Arm 44

Hình 2.17 Kết quả tính Single Basse Station lần thứ 2 45

Hình 2.18 Chương trình POSPac MMS 5.3 sau khi đã xử lý số liệu lần 2 46

Hình 2.19 Chương trình POSPac MMS 5.3 xử lý với lệnh Smartbase 46

Hình 2.20 Tạo Overview ảnh số bằng chương trình DIPEdit Ver 5.0 48

Hình 2.21 Tăng dầy KCA bằng chương trình Aerial Triangulation 49

Hình 2.22 Tăng dầy tự động bằng chương trình Image Station Automatic

Hình 2.23 Bước kiểm tra các thông số của máy ảnh 54

Hình 2.24 Hình mô tả cập nhật đường dẫn của khối ảnh 54

Hình 2.25 Hình mô tả hiển thị khối ảnh 55 Hình 2.26 Hình mô tả hiển thị điểm tăng dầy của khối ảnh 56

Hình 2.27 Hình mô tả điểm khống chế cần kiểm tra trên khối ảnh 56

Hình 2.28 Hình mô tả điểm khống chế có ở trên 6 ảnh (độ phủ 6) 57

Hình 2.29 Hình mô tả ảnh trích điểm khống chế ngoại nghiệp 58

Hình 2.30 Hình mô tả quá trình trước và sau khi làm đều mầu 60

Hình 2.31 Chương trình Geomedia Professional để nắn và ghép bình đồ ảnh 61

Hình 2.32 Sản phẩm bình đồ ảnh khu vực xã Vĩnh Lợi 62

Hình 3.1 Thông số của ảnh F18-11-01-0009 thuộc khu bay chụp ảnh 67

Hình 3.2 Sơ đồ lưới khống chế ảnh ngoại nghiệp thuộc khu vực xã Vĩnh

Hình 3.3 Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp N007 trên ảnh

Hình 3.4 Ảnh mô tả khu vực đo vẽ trực tiếp và khu vực đo vẽ ảnh hàng

không (góc Tây Bắc của tờ bản đồ địa chính số 32) xã Vĩnh Lợi 75

Hình 3.5 Ảnh trích khu vực Tây Nam của tờ bản đồ địa chính số 32 76

thành lập từ tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh Vexcel UltraCam

XP W/A tại khu vực xã Vĩnh Lợi

Hình 3.6 Ảnh mô tả công tác điều tra thông tin thửa đất phục vụ thành

lập bản đồ địa chính (tờ bản đồ địa chính số 32) tại xã Vĩnh Lợi 78 Hình 3.7 Điểm kiểm tra tọa độ góc ranh thửa tờ bản đồ địa chính số 32

khu thực nghiệm xã Vĩnh Lợi 81

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Phương pháp đo ảnh số đã được thực hiện tại Việt Nam trong một thời gian dài, tuy nhiên nguồn tư liệu đầu vào cho phương pháp đo ảnh số phần lớn được phát triển từ phim nhựa hàng không thông qua việc quét ảnh để tạo nên tấm ảnh số Trước sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật chuyên ngành ảnh hàng không, việc có được tư liệu ảnh số chất lượng cao được sản sinh ra từ những hệ thống máy chụp ảnh mới: đó là các hệ thống chụp ảnh hàng không kỹ thuật số chuyên ngành Nguồn tư liệu ảnh kỹ thuật

số chất lượng cao này giúp công tác đo vẽ trên các trạm ảnh số chuyên dùng được nhanh chóng hơn, cho ra những sản phẩm nhanh chóng với sự tự động hóa cao, đa dạng và việc quản lý lưu trữ rất thuận lợi và dễ dàng

Công tác thành lập bản đồ tỷ lệ trung bình dựa trên việc sử dụng tư liệu ảnh hàng không kỹ thuật số đó được khẳng định thông qua những sản phẩm bản đồ đó được sản xuất và lưu hành phục vụ các nhiệm vụ kinh tế, quản lý nhà nước, quốc phòng… Tuy nhiên việc sử dụng tư liệu ảnh hàng không kỹ thuật

số để phục vụ cho việc thành lập những loại bản đồ tỷ lệ lớn cũng đang rất hạn chế trong khi nhu cầu sử dụng bản đồ dạng này rất cấp thiết và đa dạng

2 Đối tượng và phạm vi

Nghiên cứu các khả năng ứng dụng thực tế của tư liệu ảnh hàng không

kỹ thuật số được chụp từ hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số

Vexcel Ultracam XP W/A để phục vụ công tác thành lập bản đồ tỷ lệ lớn

3 Mục đích của luận văn

Đánh giá độ chính xác bản đồ tỷ lệ lớn được thành lập từ tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh Vexcel Ultracam XP W/A Đưa ra phương pháp thành lập bản đồ tỷ lệ lớn từ ảnh hàng không số được chụp bằng hệ thống máy chụp ảnh Vexcel Ultracam XP W/A

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, kết quả tính toán tọa độ tâm ảnh, độ phân giải của tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel Ultracam

XP W/A, kết quả đo đạc khống chế ảnh ngoại nghiệp, kết quả tăng dày khống chế ảnh v.v ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm cuối trong quy trình công nghệ là bản đồ tỷ lệ lớn Với thời gian thực hiện có hạn nên luận văn tập trung vào việc đánh giá độ chính xác của bản đồ địa chính tỷ lệ lớn được thành lập từ tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh Vexcel Ultracam XP W/A tại khu thực nghiệm xã Vĩnh Lợi- huyện Sơn Dương- tỉnh Tuyên Quang

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về bản đồ địa chính, yêu cầu về độ chính xác của bản đồ địa chính tỷ lệ lớn được thành lập bằng phương pháp đo ảnh

- Nghiên cứu lý thuyết vận hành của hệ thống máy chụp ảnh hàng không

kỹ thuật số Vexcel Ultracam XP W/A

- Nghiên cứu lý thuyết các khâu xử lý số liệu trong quy trình xử lý dữ liệu số,

đo đạc khống chế ảnh, tăng dày, đo vẽ ảnh, nắn ảnh…

- Đánh giá ảnh hưởng các nguồn sai số của hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel Ultracam XP W/A đến sản phẩm ảnh hàng không kỹ thuật số

- Đánh giá ưu nhược điểm của phương pháp thành lập bản đồ tỷ lệ lớn từ tư liệu ảnh hàng không được chụp từ máy chụp ảnh số Vexcel Ultracam XP W/A,

đề xuất quy trình công nghệ thành lập bản đồ tỷ lệ lớn bằng máy chụp ảnh số thông qua kết quả thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1000 khu vực xã Vĩnh Lợi - huyện Sơn Dương- tỉnh Tuyên Quang

6 Tài liệu và khu vực nghiên cứu

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

Tư liệu ảnh hàng không số được chụp từ máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel Ultracam XP W/A để thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1000 khu vực xã Vĩnh Lợi - huyện Sơn Dương- tỉnh Tuyên Quang

7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

- Dựa trên cơ sở các trang thiết bị hiện có tại các đơn vị trắc địa bản đồ trong nước Qua khảo sát, tiến hành thực nghiệm và rút ra khả năng thành lập bản đồ tỷ lệ lớn khi sử dụng tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel Ultracam XP W/A

8 Cấu trúc của luận văn

- Luận văn gồm phần Mở đầu, 3 chương, phần Kết luận, tài liệu tham

khảo, 2 phụ lục được trình bày trong 102 trang với 11 bảng và 43 hình

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG MÁY CHỤP ẢNH HÀNG KHÔNG TẠI VIỆT NAM

1.1 Công nghệ Bay chụp ảnh hàng không tại Việt Nam từ năm 1990 đến nay

- Xuất phát từ các dự án của Cục Bản đồ - BTTM và Bộ Tài nguyên và Môi trường nên từ thời gian 1990 đến 2010 hai đơn vị này được trang bị hai

hệ thống máy chụp ảnh hàng không sử dụng phim chụp ảnh hàng không cỡ 23x23cm đen trắng và mầu (còn gọi là máy chụp ảnh hàng không quang cơ)

- Tại Bộ Tài nguyên và Môi trường được trang bị hệ thống máy chụp ảnh hàng không RMK-TOP 15

- Tại Cục Bản đồ - BTTM được trang bị hệ thống máy chụp ảnh hàng không Wild RC30

1.1.1 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không RMK-TOP 15

Hệ thống máy chụp ảnh hàng không RMK-TOP 15 bao gồm:

- Máy chụp ảnh RMK-TOP 15: Đầu camera có tiêu cự 152mm, đế máy cân bằng tự động T-AS, Cattset để lắp phim chụp ảnh T-MC, máy tính chụp ảnh T-TL, ống ngắm chụp ảnh T-NT, máy tính dẫn đường bay và điều khiển chụp ảnh T-NC, trung tâm điều khiển T-CU

- Các phần mềm phục vụ bay chụp ảnh: Phần mềm thiết kế và dẫn đường bay chụp ảnh T-FLIGHT, phần mềm thiết kế T-PLAN, phần mềm dẫn tuyến bay chụp ảnh T-NAV

- Phần mềm tính toán tọa độ tâm ảnh SKIP

- Máy GPS 2 tần số (GPS trimble 4000ssi), máy có bộ nhớ trong 24mb, 01 máy GPS được kết nối với máy chụp ảnh RMK-TOP 15 và máy tính chứa hệ thống dẫn đường T-NAV đặt trên máy bay trong quá trình bay chụp ảnh, từ

01 máy đến 03 máy GPS đặt tại các trạm đo mặt đất

- Phim chụp ảnh được sử dụng là phim chụp ảnh hàng không đen trắng và phim chụp ảnh hàng không mầu cỡ 23x23cm

Hệ thống máy chụp ảnh hàng không RMK-TOP 15 có thể kết hợp với hệ thống GPS/IMU Bản chất vẫn sử dụng phương pháp đo vẽ ảnh truyền thống nhưng tọa độ tâm ảnh và các nguyên tố định hướng ảnh được xác định trong quá trình bay chụp ảnh nên làm giảm khối lượng các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp thiết kế cho khối ảnh

Để chuyển hình ảnh trên phim chụp ảnh hàng không sang dạng ảnh số cần

có các máy quét phim chuyên dụng

Hình 1.1 Máy chụp ảnh hàng không RMK-TOP 15

1.1.2 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không Wild RC-30

Hệ thống máy chụp ảnh hàng không Wild RC-30 bao gồm các thành phần sau:

- Máy chụp ảnh hàng không Wild RC-30, có 3 tiêu cự f1=38mm, f2=

153mm, f3= 303mm Thông thường hay sử dụng tiêu cự f2= 153mm

- Hộp đựng film chụp ảnh cỡ 23x23 cm

- Giá máy chụp ảnh WILD PAV-30

- Bộ điều khiển bay chụp ảnh ASCOT

- Phần mềm tính toán tọa độ tâm ảnh SKIP

- Máy GPS 2 tần số (GPS trimble 4000ssi): máy có bộ nhớ trong 24mb, 01 máy GPS được kết nối với máy chụp ảnh Wild RC-30 và máy tính chứa hệ thống dẫn đường GCN đặt trên máy bay trong quá trình bay chụp ảnh, 01 máy GPS đặt tại trạm đo mặt đất

- Phim chụp ảnh được sử dụng là phim chụp ảnh hàng không đen trắng và phim chụp ảnh hàng không mầu cỡ 23x23cm

Hệ thống máy chụp ảnh hàng không Wild RC-30 cũng có thể kết hợp với hệ thống GPS/IMU Bản chất vẫn sử dụng phương pháp đo vẽ ảnh truyền thống nhưng tọa độ tâm ảnh được xác định trong quá trình bay chụp ảnh, có thiết kế bay thêm 02 tuyến bay chặn ở hai đầu khối ảnh nên làm giảm khối lượng các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp

Hình 1.2 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không Wild RC-30

- Sản phẩm thu được từ máy chụp ảnh RC-30 là phim hàng không nhựa nên để sử dụng trên quy trình có các máy tính và trạm đo vẽ ảnh số sử dụng công nghệ ảnh số cần phải thực hiện công đoạn raster hoá bằng các máy quét phim Máy quét phim hiện được sử dụng là máy quét GeoSystem được sản xuất tại Ukraine năm 2003, máy có các thông số kỹ thuật cơ bản sau đây :

• Kích cỡ picxel khi quét đạt : 08, 16, 24, 32, 64 μm

• Loại phim hàng không : Phim âm gốc, Phim sao dương

• Cỡ phim hàng không : 23x23 cm

• Mầu sắc : Phim chụp mầu, Phim chụp đen trắng

Máy quét có tính năng đặt quét theo từng tấm ảnh hoặc quét theo cuộn tự

động Thông thường ảnh số được quét ra với kích cỡ picxel khi quét 16 và 32 μm

1.2 Các hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số đang sử dụng

tại Việt Nam

1.2.1 Hệ thống máy chụp ảnh kỹ thuật số và quét Lidar RAPTOR 56

- Xí nghiệp Bay chụp và Đo vẽ ảnh - Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam được trang bị công nghệ Bay chụp ảnh số và quét Lidar, bắt

đầu từ năm 2008 thực hiện Bay chụp ảnh số và quét Lidar trên một số vùng trọng điểm (các khu công nghiệp và các thành phố lớn) của đất nước, hiện nay đang vận hành có hiệu quả công nghệ mới này

Hình 1.3 Hệ thống máy chụp ảnh kỹ thuật số và quét Lidar RAPTOR 56

- Hệ thống quét LIDAR từ trên máy bay thực chất giống như trạm đo

toàn đạc điện tử di động đặt trên máy bay Khoảng cách từ tâm thiết bị quét tới

điểm đo trên mặt đất được đo bằng laser Góc giữa tia ngắm tới mặt đất và

hướng bay cũng được xác định trong hệ thống, tọa độ, độ cao của tâm thiết

bị và các nguyên tố định hướng của nó trong không gian tại thời điểm đo

được xác định bằng tổ hợp GPS/IMU

- Hệ thống máy chụp ảnh số và quét Lidar Raptor 56 được chế tạo bởi hãng

TOPOSYS cộng hòa liên bang Đức, bao gồm các thành phần sau :

+ Hệ thống máy tính để phục vụ ghi số liệu bay chụp ảnh và điều khiển: Bao gồm 2 hệ thống máy tính Một máy tính phục vụ cho việc dẫn đường bay chụp, một máy tính phục vụ việc điều khiển hệ thống chụp ảnh và quét Lidar Hai hệ thống này có liên hệ với nhau thông qua mạng Lan

+ Đầu quét Laser, máy chụp ảnh và bộ IMU tích hợp: Gồm 3 thiết bị được gắn cố định vào trong một hộp, gọi chung là đầu quét Máy chụp ảnh được sử dụng là Rollei, máy quét là Riegl LMS-Q560 và bộ IMU

+ Màn hình phục vụ phi công: Giúp phi công định hướng tuyến bay chụp ảnh + Màn hình phục vụ các thao tác của hệ thống chụp ảnh và quét Lidar: Dùng cho kỹ thuật viên chụp ảnh điều khiển hệ thống chụp ảnh và quét Lidar khi bay, cài đặt các thông số kỹ thuật bay chụp quét Lidar

+ Hệ thống GPS phục vụ bay chụp: Annten GPS được gắn trên nóc máy bay, còn máy thu GPS đặt trong hộp máy tính Có nhiệm vụ thu tín hiệu GPS để dẫn đường bay và ghi lại các xung phát ra tại hệ thống chụp ảnh và quét Lidar

+ 2 ổ cứng chứa dữ liệu Lidar, 1 ổ cứng lưu dữ liệu ảnh, 1 thẻ NAV

+ Các dây cáp chuyên dụng đi kèm: Dây mạng Lan, dây GPS …

+ Hệ thống máy tính và các phần mềm xử lý số liệu sau khi chụp ảnh và quét Lidar

- Tính năng kỹ thuật chính của đầu quét laser Reigl LMS Q 560:

+ Có khả năng đạt độ chính xác: về độ cao < 0.15 m, mặt phẳng < 0.25 m + Tần số quét 5 - 160 Hz, tần số sóng tải 100.000 - 133.000 Hz

+ Bước sóng 1,550 nm

+ Độ cao bay chụp phục vụ quét laser: 30 - 1200 m Thông thường độ cao

bay chụp phục vụ quét laser khoảng 900 m

- Tính năng kỹ thuật chính của máy ảnh kỹ thuật số khổ trung bình Rollei AIC P45: + Mảng ghi 39 Mega Pixel

+ Độ phân giải pixel 0.0068 mm

- Các phần mềm sử dụng: Window XP, Linux, Tracker32, Track’Air, Applanix POSPac, RiAnalyze, Capture One, Toppit và Iras_C

- Kết hợp ứng dụng GPS và IMU trong tổ hợp công nghệ LiDAR và chụp ảnh số: Trong tổ hợp công nghệ Bay chụp ảnh số và quét Lidar thì hệ thống Lidar xác định trực tiếp tọa độ các điểm độ cao DEM Tọa độ của tâm máy quét, góc giữa chùm tia laser và trục của thiết bị quét được xác định bằng GPS/IMU trong quá trình quét khoảng cách từ thiết bị tới điểm mặt đất được đo bằng laser Tọa độ tâm ảnh và nguyên tố định hướng ngoài của ảnh cũng được xác định bằng GPS/IMU Thành quả cuối cùng của ứng dụng này là ảnh nắn trực giao trên cơ sở nắn từng ảnh đơn được chụp từ máy chụp ảnh số, có sử dụng DEM được xây dựng từ các số liệu đo LIDAR

Công việc tính toán số liệu GPS kết hợp với IMU gồm hai phần:

+ Tính toán tọa độ tất cả các điểm đo bằng Lidar theo nguyên tắc trạm đo toàn đạc điện tử đặt trên máy bay, trong đó tọa độ là vị trí không gian của tâm máy quét được xác định bằng số liệu đo GPS có cải chính bằng số liệu đo của IMU thông qua phần mềm POS PACK Góc định hướng của tia laser tới điểm

mặt đất được xác định tại thời điểm quét bằng IMU Khoảng cách từ tâm máy quét tới điểm địa vật được đo theo nguyên tắc đo xa bằng tia laser Việc xử lý tính toán này được thực hiện trong phần mềm TOPPIT và kết quả là số liệu DEM dạng đám mây điểm

+ Công tác tính toán tọa độ tâm ảnh và các nguyên tố định hướng ngoài của tờ ảnh được thực hiện trên phần mềm POS PACK Số liệu được thể hiện trong file SBET Đó là file biểu diễn quỹ đạo của tâm thiết bị chụp ảnh dưới dạng sơ đồ, và dưới dạng file số Sau xử lý ta thu được tọa độ tâm ảnh trong hệ tọa độ địa tâm XYZ và các góc nghiêng dọc, nghiêng ngang, xoay Sau đó tọa

độ tâm ảnh trong hệ tọa độ địa tâm được chuyển về hệ tọa độ trắc địa

Thành quả ứng dụng của công nghệ dẫn đường bay GPS/IMU được trực tiếp đưa vào công tác tăng đo vẽ ảnh nội nghiệp mà không cần phải đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp và tăng dày khống chế ảnh nội nghiệp

* Ưu điểm của hệ thống máy ảnh kỹ thuật số và quét LidarRAPTOR 56:

Nếu tính về độ phân giải mặt đất, độ chính xác, diện tích pixel trên mặt đất, điều kiện ánh sáng và sự tương thích của hệ thống, thì hệ thống cho kết quả tốt + Ảnh số có độ phân giải cao kể cả trên ảnh tỷ lệ lớn

+ Độ chính xác của máy ảnh kỹ thuật số được xác định bởi bản thân

bộ cảm biến silicon dạng ma trận và các yếu tố định hướng trong của các kính vật có độ chính xác cao, kết hợp với lựa chọn sử dụng GPS vi phân và

la bàn con quay

+ Ảnh hưởng chuyển động của máy bay được giảm nhỏ do ảnh được chụp với thời gian lộ quang ngắn

+ Máy ảnh kỹ thuật số có thể chụp được trong điều kiện ánh sáng yếu Khi

sử dụng máy ảnh mà không có FMC thì phải giảm tốc độ bay xuống dưới mức giới hạn cho phép

+ Máy ảnh kỹ thuật số thiết kế dựa trên sự phát triển của công nghệ ảnh gần đây Tất cả các hệ thống hiện đang được sử dụng đều có thể xử lý dữ liệu của hệ

thống này, có độ tin cậy cao

1.2.2 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A tại Việt Nam

1.2.2.1 Giới thiệu máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A

Năm 2010 Xí nghiệp Chụp ảnh hàng không - Công ty TNHH MTV Trắc địa bản đồ - Cục Bản đồ - BTTM đã được trang bị hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A

Hình 1.4 Hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số

VexcelUltraCam XP W/A

- Thế hệ Ultracam là dòng máy ảnh số của hãng Vexcel (Áo) được đưa vào thị trường năm 2003 với sản phẩm Ultracam D Đến năm 2006, hãng này tiếp tục giới thiệu sản phẩm Ultracam X và Ultracam XP được thiết kế trên nền tảng Ultracam D nhưng có tính năng vượt trội hơn Đến nay máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel Ultracam XP W/a có trang bị thêm hệ thống GPS/ IMU Đây là máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số có kích thước ảnh lớn nhất thế giới hiện nay Với độ rộng băng phổ và khả năng đa phổ của máy chụp ảnh

có độ dài mã đến hơn 12 bit trên một băng phổ và thu đồng thời cả băng cận

hồng ngoại Điều này cho phép phân tích, giải đoán các băng phổ trong xử lý ảnh Cùng với việc phân tích hình học của các ảnh đơn sắc khổ lớn thì việc phân loại phổ cho phép tự động hóa quá trình xử lý

- Các thành phần chính của máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel Ultracam XP W/A được cấu tạo gồm bộ cảm biến, thiết bị lưu trữ gắn trong hệ thống chụp ảnh, giao diện điều khiển và 2 bộ thiết bị lưu trữ tháo lắp được Hệ thống hoàn chỉnh gồm phần mềm để điều khiển hoạt động của máy ảnh và xử lý

dữ liệu ảnh sau khi bay chụp

+ Thiết bị lưu trữ: Đây là hệ thống điều khiển, tính toán và ghi số liệu đặt trên máy bay được thiết kế chuyên dụng Thiết bị này chứa mạch xử lí tương đương với 14 máy tính tích hợp chạy song song Dữ liệu thu được từ CCD không ghi trực tiếp ngay ra ổ cứng mà được lưu lại tại bộ xử lí sau đó ghi dần ra

ổ cứng Công nghệ này giúp máy ảnh giải phóng ngay lập tức bộ nhớ CCD để

có thể thu nhận ảnh ngay, đảm bảo chế độ chụp ảnh với tốc độ nhanh nhất

+ Thiết bị ghi ảnh của máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vexcel Ultracam XP W/A có thể tháo lắp được nên không hạn chế dung lượng Với cấu hình chuẩn là hai thiết bị Data Unit với dung lượng trên 4,2 TeraByte, thiết

bị này có khả năng ghi trên 6600 tệp ảnh ở chế độ sao lưu (không nén) nhằm đảm bảo an toàn dữ liệu và có thể thu liên tục trong 22 giờ với ảnh có độ phân giải mặt đất là 20 cm Mỗi thiết bị Data Unit có lắp hệ thống 14 ổ cứng loại 320

Gb, được thiết kế chống rung, chống va đập khi bay chụp ảnh và di chuyển Thiết bị Data Unit có khả năng kết nối với máy tính trạm để trút dữ liệu vào máy tính bằng 4 cáp dữ liệu nối song song qua card PCI chuyên dụng

* Các thông số chính của máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A:

- Tên đầy đủ là Vecxel UltracamXp-Wide-Angle

- Serial Number UC-SXP-W/A-20210007

Bảng1.1 Các thông số kỹ thuật chủ yếu của máy chụp ảnh hàng không kỹ

thuật số Vecxel Ultracam XP W/A

Kích cỡ ảnh

Tương đương với một hình ảnh phim cỡ 23x15 cm, quét tại độ phân giải 13 μm

Kích thước hình ảnh PAN : 17.310 x 11.310 pixel

Kích thước hình ảnh Mầu (đa phổ) : 5770 x 3770 pixel

Số thấu kính

8 thấu kính trong 8 máy ảnh riêng

4 thấu kính cho máy ảnh toàn sắc, f = 70.5 mm

4 thấu kính cho máy ảnh đa phổ, f = 23 mm Trường nhìn ngang

động với tần số 200 Hz (200 lần/1 giây) Hệ thống này có thể xác định quỹ

đạo của các vật thể chuyển động với độ chính xác cao Máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A số đã được thiết kế để có thể kết

nối với hệ thống POS/AV sử dụng hệ thống này có thể xác định trực tiếp các

nguyên tố định hướng ngoài của các tấm ảnh Tọa độ tâm ảnh đạt độ chính xác cao, các góc nghiêng dọc ngang và xoay tương ứng đạt độ chính xác cao

- Tổ hợp công nghệ GPS/IMU có thể ứng dụng để dẫn đường bay và xác định

tọa độ tâm ảnh trong công tác bay chụp ảnh với nhiều loại máy chụp ảnh hàng không khác nhau từ RC30, RMK TOP15 đến các máy chụp ảnh hàng không kỹ

thuật số hiện đại ngày nay

- Ứng dụng hệ thống INS / IMU trong xác định các nguyên tố định hướng của ảnh

Thiết bị đo quán tính (IMU) gồm gia tốc kế và con quay hồi chuyển đo các

góc xoay của bộ cảm biến, tức là xác định được các góc nghiêng dọc, nghiêng

ngang và xoắn của bộ cảm biến trong hệ tọa độ địa tâm tại thời điểm nhất định,

nhưng nó không xác định được tọa độ tuyệt đối của tâm ảnh trong không gian,

độ chính xác của các giá trị định hướng đo bởi IMU chỉ đảm bảo trong một thời

gian ngắn vì các góc định hướng liên tục bị thay đổi do sự nghiêng và dạt của

thiết bị bay Do vậy, muốn có được giá trị chính xác của góc định hướng tại một

thời điểm nhất định ta phải kết hợp với số liệu đo GPS nhờ phép đo định vị tuyệt

đối Như vậy tại mỗi thời điểm chụp ảnh ta ghi được các giá trị định hướng

ngoài và tọa độ của tâm thiết bị trong hệ tọa độ địa tâm Trong công nghệ đo vẽ

ảnh truyền thống, để đo vẽ được bản đồ từ tờ ảnh hàng không, người ta sử

dụng các phương pháp tham chiếu mặt đất gián tiếp thông qua các điểm khống

chế ảnh ngoại nghiệp Tức là các nguyên tố định hướng ảnh không thể xác

định trực tiếp trong quá trình chụp ảnh trên máy bay mà được khôi phục trên

các máy nắn ảnh và đo vẽ ảnh thông qua các điểm khống chế ảnh bằng các

phương pháp đo vẽ ảnh đơn và đo vẽ ảnh lập thể Tọa độ, độ cao các điểm

khống chế ảnh được đo bằng phương pháp ngoại nghiệp và bằng phương pháp

tăng dày điểm khống chế nội nghiệp theo đoạn hoặc theo khối

Khi kết hợp hệ thống INS/IMU vào công tác chụp ảnh hàng không thì ta

có thể tính toán trực tiếp được nguyên tố định hướng ngoài của tờ ảnh tại thời

điểm chụp ảnh cũng như tọa độ tâm ảnh theo diễn giải ở trên Đây được coi là

phương pháp quy chiếu trực tiếp về mặt đất

1.2.2.3 Các phần mềm sử dụng trong hệ thống máy chụp ảnh hàng không kỹ

thuật số Vecxel Ultracam XP W/A

- Phần mềm thiết kế và dẫn đường bay PosTrack-Tracker32, POSAV 510

- Phần mềm điều khiển máy chụp ảnh Camera Operation Software (COS) 3.60

- Phần mềm xử lý ảnh Ultramap 2.1.2

- Phần mềm xử lý số liệu GPS POSPac MMS 5.3

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TỈ LỆ LỚN BẰNG TƯ LIỆU ẢNH ĐƯỢC CHỤP TỪ MÁY CHỤP ẢNH HÀNG KHÔNG KỸ THUẬT SỐ VECXEL ULTRACAM XP W/A 2.1 Quy trình thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn từ tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A

Bản đồ địa chính là tài liệu quan trọng và cần thiết trong quy hoạch, thiết kế, quản lý hành chính và đối với công tác quản lý đất đai.Để thành lập bản đồ địa chính hiện nay đang sử dụng nhiều phương pháp, phổ biến nhất là phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa Việc sử dụng phương pháp thành lập bản đồ địa chính bằng ảnh hàng không vào thành lập bản đồ địa chính cũng chưa được thực hiện nhiều, với sự phát triển nhanh chóng của trang thiết bị chụp ảnh hàng không đã thực hiện một bước chuyển đổi tích cực từ ảnh hàng không quang cơ sang ảnh hàng không số được chụp bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng để đưa tư liệu ảnh số được chụp bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số ứng dụng vào việc thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn là yêu cầu cấp thiết tại thời điểm hiện nay Giúp con người giảm nhẹ công việc ngoài trời, nâng cao năng suất lao động Đặc biệt phương pháp này đo đạc được trên diện tích rộng với thời gian ngắn hơn và cũng có điều kiện phát huy khả năng tự động hóa phù hợp với sự phát triển công nghệ thông tin trong công tác đo đạc và thành lập bản đồ hiện nay Từ đó có thể thấy tính ưu việt của việc sử dụng tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số trong việc đo đạc thành lập bản đồ địa chính

Qua việc thực nghiệm để thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn từ tư liệu ảnh được chụp bằng máy chụp ảnh hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam XP W/A, tuân thủ các nội dung của quy phạm thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ

1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000 của Bộ Tài nguyên và Môi

trường năm 2008 bằng phương pháp đo vẽ ảnh hàng không để xây dựng nên

sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn như sau:

Bảng 2.1 Sơ đồ quy trỡnh cụng nghệ thành lập bản đồ địa chớnh tỷ lệ lớn sử dụng tư liệu ảnh được chụp bằng mỏy chụp ảnh hàng khụng kỹ thuật số

Vecxel Ultracam XP W/A

Cỏc quy định kỹ thuật chớnh khi sử dụng phương phỏp đo ảnh hàng khụng vào thành lập bản đồ địa chớnh được vận dụng theo quy phạm thành lập

bản đồ địa chớnh tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000 của

Bộ Tài nguyờn và Mụi trường năm 2008

Bản đồ địa chớnh gốc được thành lập bằng phương phỏp đo vẽ ảnh chụp

từ mỏy bay hoặc cỏc thiết bị bay khỏc (sau đõy gọi tắt là ảnh mỏy bay) kết hợp với phương phỏp đo vẽ bổ sung trực tiếp ở thực địa hay cũng gọi là phương phỏp đo vẽ ảnh mỏy bay hoặc đo vẽ ảnh hàng khụng

Đo khống chế ảnh ngoại nghiệp

Đo vẽ chi tiết ranh thửa trên trạm

Điều tra thông tin ngoại nghiệp

Kiểm tra, nghiệm thu bản đồ Tăng dày khống chế ảnh

Lập mô hình số độ cao (DEM)

Cơ sở toán học và độ chính xác thành lập bản đồ địa chính bằng các phương pháp đo vẽ ảnh chụp từ máy bay:

- Cơ sở khống chế toạ độ, độ cao trong đo vẽ bản đồ địa chính gồm: Lưới toạ độ và độ cao Nhà nước các hạng Lưới địa chính, lưới độ cao kỹ thuật Lưới khống chế đo vẽ, điểm khống chế ảnh (gọi chung là lưới khống chế đo vẽ)

- Lưới khống chế ảnh khi đo vẽ bản đồ địa chính được xác định dựa trên yêu cầu về quản lý đất đai, mức độ phức tạp, khó khăn trong đo vẽ bản

đồ, phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ và công nghệ thành lập bản đồ địa chính

- Để đo vẽ bản đồ địa chính bằng phương pháp sử dụng ảnh hàng không kết hợp với đo vẽ ở thực địa trên diện tích 20 đến 30 km2 có một điểm toạ độ Nhà nước (không phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ)

- Để thành lập bản đồ địa chính bằng các phương pháp có sử dụng ảnh máy bay kết hợp với đo vẽ bổ sung ở thực địa chỉ cần mật độ điểm (các cấp, hạng) theo quy định trên

- 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 mm tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập

- Sai số trung bình về độ cao của điểm khống chế đo vẽ (nếu có yêu cầu thể hiện địa hình) sau bình sai so với điểm độ cao kỹ thuật gần nhất không quá 1/10 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản

- Trong trường hợp thành lập bản đồ bằng các phương pháp đo vẽ ảnh hàng không thì độ chính xác xác định toạ độ mặt phẳng và độ cao của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phục vụ cho công tác tăng dày điểm đo vẽ ảnh phải tương đương với độ chính xác xác định toạ độ của điểm khống chế đo vẽ nêu trên

- Trong trường hợp bay chụp ảnh có xác định tọa độ tâm chiếu hình thì

độ chính xác xác định toạ độ tâm chiếu hình phải tương đương với độ chính

xác xác định điểm khống chế đo vẽ

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

2.2 Quy trình bay chụp ảnh và xử lý số liệu của hệ thống máy chụp ảnh

hàng không kỹ thuật số Vecxel Ultracam Xp W/A

2.2.1 Máy bay phục vụ bay chụp ảnh

Máy bay phục vụ bay chụp ảnh là loại máy bay chuyên dùng King Air B200 tốc độ trung bình của máy bay là 380 km/h (tương đương 105 mét/1 giây)

Lựa chọn sân bay gần khu chụp ảnh để thời gian máy bay cất cánh tới khu chụp gần nhất, thuận tiện cho việc di chuyển, quan sát và theo dõi thời tiết của khu bay

Hình 2.1 Máy bay King Air B200 phục vụ công tác chụp ảnh hàng không

2.2.2 Công tác chọn tài liệu, tư liệu sử dụng trong thi công

- Thành lập bản đồ thiết kế bay chụp ảnh, ghi chú các thông tin cơ bản của khu bay chụp: độ cao bay chụp ảnh (ghi chú theo hệ mét & hệ feed), tỷ lệ ảnh cần bay chụp, số tuyến bay chụp ảnh, tọa độ địa lý của khu bay chụp ảnh,

ký hiệu phân khu bay chụp ảnh…

- Bản đồ dùng để thiết kế các tuyến bay chụp ảnh thông thường là bản

đồ địa hình tỷ lệ 1/250.000, 1/100.000 và bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 thành lập trên hệ tọa độ VN2000 Tất cả các bản đồ này được chuyển sang hệ tọa độ WGS 84 để phục vụ cho mục đích tham chiếu tọa độ đường bay chụp ảnh và tọa độ tâm chụp ảnh khi thiết kế bay chụp

Hình 2.2 Bản đồ thiết kế bay chụp ảnh khu vực xã Vĩnh Lợi - tỉnh Tuyên Quang

- Tính toán tọa độ các tâm ảnh theo từng tuyến bay triển lên bản đồ bay chụp, trích suất ra tọa độ địa lý (kinh độ, vĩ độ) trên hệ WGS 84, tính toán bổ sung thêm tâm ảnh tại các khu vực núi cao có độ biến động địa hình lớn để

tránh bị lọt ảnh và để đảm bảo độ phủ dọc 65% và độ phụ ngang 30% theo yêu cầu của công tác đo vẽ ảnh Toàn bộ tọa độ các điểm tâm ảnh được nhập vào máy tính dẫn đường bay để điều khiển công tác chụp ảnh tự động theo tọa

độ tâm ảnh đã thiết kế

- Tính toán trước thời gian cần thiết để hoàn thành chụp ảnh khu chụp, tính toán dãn cách giữa các tấm ảnh kề nhau (Dx), dãn cách giữa các tuyến bay kề nhau (Dy)

- Thu thập số liệu tọa độ, độ cao các điểm tọa độ nhà nước dùng làm trạm tham chiếu mặt đất phục vụ công tác thu tín hiệu GPS tại mặt đất

- Thu thập thông tin khí tượng trong vùng bay chụp ảnh bằng các phương tiện thông tin và truyền thông, cử nhân viên trực đo GPS tại điểm trạm Base trong khu chụp thông báo tin thông tin khí tượng trực tiếp Đồng thời tham khảo các trang Web thời tiết, ví dụ:

http://www.yr.no/sted/Vietnam/TuyenQuang

Hình 2.3 Bản dự báo thời tiết tra cứu trên trang mạng phục vụ

công tác bay chụp ảnh khu vực xã Vĩnh Lợi - tỉnh Tuyên Quang

2.2.3 Thiết kế và quy định kỹ thuật đo điểm trạm Base (GPS)

- Các điểm trạm Base chính là các điểm tham chiếu mặt đất, căn cứ quy định

về khoảng cách tối đa giữa trạm tham chiếu mặt đất và máy bay, căn cứ vị trí các phân khu bay đã thiết kế, điều kiện địa lý về giao thông và dân cư, các điểm mặt đất được chọn gồm cần đáp ứng các yêu cầu như sau: Vị trí đảm bảo khống chế phân khu bay chụp ảnh với khoảng cách không quá 100km, góc thoáng thiên đỉnh ≥ 150o, không nằm dưới hoặc quá gần đường điện cao thế

- Quy định kỹ thuật đo điểm trạm Base: Bật máy thu GPS trước khi máy

bay chụp ảnh cất cánh 15 phút và tắt máy thu GPS sau khi máy bay chụp ảnh hạ

cánh 15 phút

- Sử dụng loại máy GPS Trimble 4000 SSI hoặc Trimble 5700 có dung lượng bộ nhớ lớn (từ 24mb trở lên để đảm bảo chứa dữ liệu GPS thu được, mỗi lần ghi dữ liệu GPS bay chụp ảnh là 1s/ 1epoc) Trước mỗi ca đo phải kiểm tra và cài đặt lại máy một lần, nếu không máy sẽ luôn nhận thông số mặc định ghi nhận dữ liệu là: 15sec/ 1 lần ghi tín hiệu Mục đích ta đặt ghi nhận dữ liệu là: 1sec/ 1 lần ghi tín hiệu để đồng bộ với máy thu GPS trên không và phục vụ công tác tính toán xác định toạ độ của điểm tâm ảnh

- Đo chiều cao Anten, ghi chú chi tiết các thông tin cần thiết tại trạm đo tham chiếu Tiến hành trút số liệu đo bằng các phần mềm của hãng sản xuất máy thu GPS, sau khi trút số liệu cần kiểm tra file thu số liệu GPS mặt đất và lưu trữ theo quy định

2.2.4 Quy trình bay chụp ảnh và thu số liệu GPS/IMU

- Máy bay cần giữ góc nghiêng ≤ 20o trong suốt chuyến bay, khi sắp tiếp cận khu chụp giữ cho máy bay bay trong bán kính 20 km xung quanh điểm tọa độ nhà nước đã được chọn trước có đặt trạm thu GPS tham chiếu mặt đất trong thời gian 5 phút với độ cao và tốc độ bay như quá trình chụp ảnh, tương

tự như vậy khi kết thúc và hạ cánh tại sân bay

Bảng 2.2 Quy trình bay chụp ảnh và thu số liệu GPS/IMU

STT Các bước thực hiện Nội dung thực hiện

1 Thực hiện thu số liệu tại các trạm GPS tham chiếu mặt đất

Trước khi thực hiện chuyến bay chụp ảnh, thông báo để tất cả các trạm GPS tham chiếu mặt đất cùng bắt đầu thu số liệu (1s/ 1epoc)

2 Bật hệ thống GPS/IMU Kết nối máy GPS trên không với hệ thống máy chụp ảnh kỹ thuật số

3 Khởi đo hệ thống GPS/IMU

trong trạng thái tĩnh

Cho hệ thống GPS/IMU thu số liệu 5 phút trong lúc máy bay đứng yên

4 Cho máy bay di chuyển, cất cánh

Di chuyển tới khu bay chụp ảnh, chú ý theo dõi độ cao bay chụp ảnh, kiểm tra test thử hệ thống chụp ảnh để đảm bảo hệ thống vận hành bình thường

5 Khởi đo trạng thái động (GPS)

Khi sắp tiếp cận khu chụp giữ cho máy bay bay trong bán kính 20 km xung quanh điểm tọa độ nhà nước có đặt trạm thu GPS tham chiếu mặt đất trong thời gian 5 phút với độ cao và tốc độ bay như quá trình chụp ảnh

6 Đưa máy bay vào tuyến chụp ảnh trong khu chụp Trong suốt quá trình chụp ảnh không để góc nghiêng của máy bay vượt quá 20 độ

7 Lặp lại quá trình khởi đo trạng thái động

Ngay sau khi kết thúc chụp ảnh giữ cho máy bay bay xung quanh trạm tham chiếu mặt đất nói trên trong thời gian 5 phút cùng độ cao và tốc độ máy bay như khi chụp ảnh với góc nghiêng của máy bay không vượt quá 20 độ

8 Cho máy bay quay về sân bay, hạ cánh Hệ thống GPS/IMU tiếp tục thu số liệu

10

Kết thúc quá trình thu dữ liệu

tại các trạm GPS tham chiếu

mặt đất

Trong suốt thời gian bay chụp ảnh các kỹ thuật viên cần chú ý:

- Theo dõi hoạt động của chương trình dẫn đường

- Theo dõi hoạt động của máy chụp ảnh kỹ thuật số

- Đảm bảo bay chụp đúng thiết kế kỹ thuật (độ cao bay chụp, độ lệch dẫn tuyến, độ phủ của ảnh ) và đúng phạm vi cho phép

2.2.5 Công tác trút dữ liệu và xử lý dữ liệu ảnh số

- Chuẩn bị máy tính, chương trình và khóa cứng

- Máy tính xử lý đã được cài chương trình xử lý ảnh số UltraMap Ver 2.1.2

- Cắm khóa cứng của chương trình qua cổng USB của máy tính

- Nối 4 cáp trút dữ liệu vào card PCI trên máy tính và vào nôi trút dữ liệu Docking Sation_Data interface

Hình 2.4 Trạm xử lý dữ liệu của hệ thống UltraMap

- Lắp ổ cứng lưu dữ liệu Data Unit A hoặc Data Unit B, cấp điện nguồn cho nôi trút dữ liệu Docking Sation_Data interface

- Tạo thư mục làm việc để chứa dữ liệu ảnh sẽ xử lý, tạo các thư mục con

để chứa các loại ảnh khi xử lý dữ liệu số:

9 file của 4 ống kính chính và 3 ống kính màu, 1 ống kính cận hồng ngoại như hình dưới ảnh này có độ phân giải nhỏ, và chưa tổ hợp màu nên chỉ xem được trên một kênh đơn sắc, do vậy ảnh là ảnh loại đen trắng và kích thước không lớn

Bước 2: Xử lý dữ liệu tạo ảnh mức 2: Chạy chương trình Ultramap Raw Data Center Chọn đường dẫn cho thư mục chứa ảnh gốc vừa trút trong LVL00_Rawdatadownload

+ Chọn từng đoạn ảnh hay chọn cả Project ảnh theo từng ca bay, sau đó

ấn định đường dẫn sẽ chứa ảnh mức 2: LVL02_data

+ Chọn kiểu file DFI trong mục Image Output type và bắt đầu khởi tạo Bước này sẽ thực hiện ghép 9 tấm ảnh được chụp từ 4 ống kính chính lại với nhau theo các phần bù của các tấm ảnh, sau lệnh này chương trình sẽ tạo ra 2 file ảnh mức 2 trung gian: một tấm ảnh đen trắng dạng Lvl02-<số ảnh>-Pan.dfi, một tấm ảnh màu dạng Lvl02-<số ảnh>-Col.dfi và một file project quản lý có dạng Ultramap project file

Hình 2.5 Quá trình xử lý ghép ảnh của 4 ống kính chính

+ Chạy chương trình Ultramap Aerial Triangulation: mở project vừa được khởi tạo (cũng có thể ghép các project của các ngày bay lại với nhau để xử lý) Chọn khối ảnh cần xử lý và đặt tên cho khối ảnh đó theo từng tuyến bay hay một nhóm ảnh riêng biệt Mục đích của việc này để xử lý riêng biệt theo từng tuyến bay, thuận lợi cho việc chỉnh màu ảnh và xử lý về sau này

+ Chọn khối ảnh trong phần User-defined Bloks, chọn lệnh Create Tie Point Collection và đường dẫn sẽ chứa file project ghi kết quả tạo ảnh mức 2 này Khởi động quá trình thực hiện tăng dầy điểm trên độ phủ của hai tấm ảnh liền kề trên một tuyến và trên hai tuyến kề nhau, kết hợp cả làm đều mầu trên các ảnh Mục đích là để làm dữ liệu đầu vào cho bước tạo ảnh mức 3 tiếp theo + Sử dụng chương trình Ultramap View để xem toàn bộ khối ảnh được tạo

ra tại mức 2 Đây là bước kiểm tra sơ bộ để đánh giá chất lượng ảnh chụp, lượng mây che phủ, kiểm tra tâm ảnh và đánh số ảnh, kiểm tra độ phủ của ảnh phục vụ việc lập báo cáo bay chụp ảnh một cách thuận tiện Rút ngắn thời gian, tiết kiệm vật tư sản xuất so với công nghệ chụp ảnh bằng phim trước đây

Hình 2.6 Giao diện phần mềm Ultramap View sử dụng xem ảnh mức 2 Bước 3: Xử lý dữ liệu tạo ảnh mức 3:

+ Khởi động phần mềm Ultramap Radionmetry Mở project đã tạo từ mức

2 có dạng PBCB sau khi ghép file và tổ hợp màu làm dữ liệu đầu vào cho việc tạo ảnh mức 3

Hình 2.7 Giao diện phần mềm Ultramap Radionmetry

Chọn mức thể hiện ảnh theo loại RGBI và Level2 và cách hiển thị gộp ảnh theo độ phủ hoặc không để riêng từng tấm ảnh đơn Chú ý để tận dụng bộ nhớ trong của máy tính để phục vụ cho xử lý ảnh thì không cần gộp ảnh theo

độ phủ

Chọn block ảnh đã tạo, chọn công cụ Level Average để chỉnh màu của ảnh, sự thay đổi sẽ được hiển thị trước trên mà hình

Chọn thông số mặc định: 0.01 1.00 97.00 3.50

số ảnh lấy mẫu là 5 hoặc 10

Nếu mầu của ảnh không đạt yêu cầu,

sẽ thử đặt với thông số: 0.005 1.00 97.00 2.500 lựa chọn số ảnh lấy mẫu và thay đổi sáng tối hoặc cộng trừ màu (chọn trong Gamma)

Thông tin về một tấm ảnh bất kỳ sẽ được hiển thị trên màn hình Project Explorer của chương trình Ultramap Radionmetry như: tên khu đo, tên tuyến bay, cửa mở và tốc độ chụp của tấm ảnh, mức hiển thị các kênh màu sau khi chỉnh như ở trên

Hình 2.8 Hiển thị thông tin của tấm ảnh bất kỳ khi đang xử lý

Các ảnh được chọn để xử lý phải đều màu với nhau với độ tương phản

và màu sắc hài hòa, rõ nét để giải đoán địa vật, không mất chi tiết Sau khi sử

lý cần ghi nhận lại sự thay đổi của project

+ Khi lần đầu tạo ảnh mức 3 chương trình sẽ chọn thư mục đầu ra (chú ý địa chỉ này lưu trong suốt quá trình xử lý các lần chạy)

Lựa chọn chế độ là RGB và Reslution là Hight (độ phân giải cao)

Hình 2.9 Quá trình tạo ảnh mức 3 với các lựa chọn kiểu ảnh đầu ra

Tại File: chọn Format của ảnh là TIFF và định dạng Bit là 8, có các thẻ với các lựa chọn:

Thẻ Quick View: đặt mức 6 để tạo ảnh xem nhanh định dạng *.jpg với độ phân giải thấp

Thẻ Output File Name: để đặt kiểu tên file của tấm ảnh với nhiều tùy chọn

Có thể chọn số Bit là 16 ở chương trình xử lý Ultramap Radionmetry nhưng tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm đầu ra mà khách hàng cần sử dụng

để xử lý, vì ảnh sẽ có dung lượng lớn khoảng 1,2 đến 1,4 Gb/ 1 ảnh chưa nén

+ Tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm mà cài đặt các chế độ xử lý của chương trình để tạo ra các loại ảnh khác nhau, ví dụ: ảnh màu RGB, ảnh đen trắng Gray, ảnh cận hồng ngoại NIR hoặc ảnh của từng kênh màu Red, Green, Blue phục vụ cho khâu tăng dầy và giải đoán ảnh phía sau

Trong thực tế sản xuất, đã tạo ảnh mức 3 theo định dạng màu RGB và sử dụng để phục vụ công tác tính toán tăng dầy, nắn bình đồ ảnh đạt kết quả tốt + Khi tiến hành xử lý dữ liệu xong, kiểm tra chất lượng và số lượng ảnh, lưu

dữ liệu ảnh đã xử lý xong ra các thiết bị lưu trữ (ổ cứng có dung lượng lớn)

2.2.6 Xử lý số liệu GPS/IMU và nguyên tố định hướng ngoài (EO)

Mục đích: Sau khi bay chụp, cần phải xử lý số liệu GPS/IMU để tính toán được toạ độ của tâm máy chụp ảnh và các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh trong suốt quá trình bay Đồng thời kiểm tra được toàn bộ quá trình bay chụp có bị gián đoạn tín hiệu GPS hay không, sai số vị trí có đạt yêu cầu hay không Để xử lý số liệu GPS/IMU, cần qua các bước như sau

Bước1: Chuẩn bị máy tính, chương trình và khóa cứng:

Hình 2.10 Chương trình POSPac MMS 5.3 Máy tính xử lý được cài đặt chương trình POSPac MMS 5.3 của hãng Applanix Corporation Cắm khóa cứng của chương trình POSPac MMS 5.3 qua cổng USB của máy tính, kiểm tra xem máy tính đã nhận khóa cứng chưa.Bước2: Chuẩn bị dữ liệu đầu vào:

+ Số liệu GPS của trạm trên không: Số liệu được trút từ thẻ nhớ của máy thu GPS sau khi kết thúc ca bay, gồm nhiều file có dạng như sau DEFAULT.000 đến DEFAULT.XXX, mỗi file có dung lượng khoảng 12.7

mb và số lượng file nhiều hay ít là phụ thuộc vào thời gian bật máy GPS thu trong suốt ca bay chụp Thư mục thường đặt tên là NAV