Đề tài Lập công tác thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 2.000 bằng công nghệ ảnh số

Mục lục Trang Lời nói đầu................................................................................................... 2 Chương 1: các phương pháp thành lập Bản đồ địa hình .............. 4 1.1. Khái niệm về bản đồ địa hình ............................................................... 4 1.2. Nội dung của bản đồ địa hình ................................................................ 4 1.3. Cơ sở toán học khi thành lập bản đồ địa hình ....................................... 12 1.4. Phân loại tỷ lệ và chia mảnh bản đồ địa hình ..........................................13 1.5. Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa hình ............................................. 17 Chương 2: thành lập BĐĐH bằng phương pháp ĐO và ảnh số 2.1. Khái niệm về ảnh số ...............................................................................27 2.2. Độ phân giải ảnh số ...............................................................................29 2.3. Hệ thống đo vẽ ảnh số ............................................................................31 2.4. Một số đặc trưng xử lý ảnh số trong tỷ lệ bản đồ địa hình .....................35 Chương3: quy trình thành lập bản đồ địa hình bằng công nghệ ảnh số 3.1.Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình ............................. 42 3.2.Các bước của quy trình công nghệ ...........................................................42 3.3. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ cần thành lập bằng phương pháp đo vẽ ảnh số ...............................................................63 Chương 4: Thực nghiệm Thành lập bđđh tỉ lệ 1: 2000 khu vực Lăng Cô - đà nẵng 4.1. Giới thiệu đặc điểm tình hình, kinh tế - xã hội khu đo ……................. 71 4.2. Phương pháp Thành lập bản đồ địa hình trên trạm ảnh số......................... 73 4.3. Một số công đoạn thực hiện trên trạm ảnh số Intergraph.........................75 4.4. Kết quả thực nghiệm ..............................................................................99 Kết luận và kiến nghị ...................................................................................101 Tài liệu tham khảo ........................................................................................103 Lời nói đầu Trong những năm gần đây khoa học công nghệ ngày càng phát triển đặc biệt là công nghệ tin học nó đã thúc đẩy sự phát triển hầu hết các ngành khoa học trong đó có ngành khoa học đo ảnh. Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tính toán và công nghệ thông tin cộng với sự phát triển ngày càng hoàn thiện của l‎ý thuyết đo ảnh trong những thập kỷ gần đây đã cho ra đời phương pháp đo ảnh mới đo ảnh mới đó là phương pháp đo ảnh số. Trước đây việc xử lý các tấm ảnh tương tự trên các máy toàn năng cồng kềnh, sản phẩm làm ra lưu trữ rất khó khăn thì giờ đây nhờ có việc đo vẽ trên các trạm ảnh số, các tấm ảnh được xử lý nhanh chóng với sự tự động hóa cao, cho ra những sản phẩm nhanh chóng, sản phẩm đa dạng chất lượng cao và khả năng cập nhật thông tin nhanh, quản lý lưu trữ rất thuận lợi và dễ dàng. Như chúng ta đã biết công tác thành lập bản đồ trên trạm ảnh số thì sự thay đổi lớn nhất so với phương pháp tương tự và giải tích là: thiết bị máy móc, công nghệ và các công cụ hỗ trợ ở yếu tố con người tham gia vào quá trình sản xuất và các sản phẩm mới được tạo ra. Tuy nhiên ảnh số không làm thay đổi nguyên lý đo vẽ ảnh. Việc thành lập, đo vẽ bản đồ trên trạm ảnh số nhờ áp dụng những thành tựu tin học đã cho chúng ta những sản phẩm có chất lượng cao và nhanh chóng, tính kinh tế cao. ảnh số không những phản ánh chính xác khách quan các đối tượng cần đo vẽ mà lưu trữ bảo quản nó cũng rất dễ dàng và thuận tiện. Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển đặc biệt là trong lĩnh vực thông tin. Muốn nâng cao chất lượng, khả năng tự động hóa của quá trình sản xuất bản đồ thì cần phải có những quy trình sản xuất hợp lý. Để làm rõ được điều này chúng ta cần hiểu rõ về quá trình sản xuất bản đồ từ đó có những thay đổi phù hợp với sự phát triển mới là điều hết sức cần thiết đối với mỗi sinh viên sắp ra trường. Căn cứ vào nhu cầu sản xuất của đơn vị nhận rõ tầm quan trọng của công tác thành lập bản đồ đồng thời muốn nâng cao trình độ hiểu biết của bản thân. Được sự truyền đạt kiến thức của các Thầy cô giáo trong khoa trắc địa, bộ môn đo ảnh và viễn thám cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS: Trần Đình Trí em đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Công tác thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 2.000 bằng công nghệ ảnh số”. Nội dung chủ yếu của đề tài là tìm hiểu cơ sở lý thuyết về quy trình thành lập bản đồ địa hình bằng công nghệ ảnh số, được trình bày cụ thể và chi tiết trong bốn chương như sau: Lời nói đầu Chương 1: Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình. Chương 2: Công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp ảnh số. Chương 3: Quy trình thành lập bản đồ địa hinh bằng công nghệ ảnh số. Chương 4: Thực nghiệm đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ 1 :2.000. Kết luận và kiến nghị. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS: Trần Đình Trí đã nhiệt tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy cô giáo trong trường, khoa trắc địa, bộ môn đo ảnh và viễn thám đã truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt năm năm học qua. Xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên trong quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp. Tuy đã cố gắng tìm tòi học hỏi nhưng với trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy cô giáo trong Bộ môn và đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp./. Hà nội, tháng 8/2008 Sinh viên: Lê Tiến Thu Chương 1 các phương pháp thành lập bản đồ địa hình 1.1. Khái niệm về bản đồ địa hình Bản đồ địa hình là hình ảnh thu nhỏ một phần hay toàn bộ bề mặt trái đất dựa trên một quy luật toán học nhất định các yếu tố nội dung được thể hiện bằng ngôn ngữ bản đồ và đã thông qua một quá trình tổng quát hoá nhằm phản ánh sự phân bố các tính chất, các mối quan hệ, sự biến đổi các đối tượng và các hiện tượng tư nhiên, kinh tế - xã hội phù hợp với mục đích sử dụng bản đồ, tỷ lệ bản đồ và các đặc điểm địa lý lãnh thổ. Bản đồ địa hình thuộc loại bản đồ địa lý chung. Nội dung bản đồ địa hình bao gồm các yếu tố sau: Điểm khống chế trắc địa, hệ thống thuỷ hệ, đường giao thông, dáng đất, lớp phủ thực vật, thổ nhưỡng…Tuỳ theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập, mà mức độ dung nạp các yếu tố của nội dung bản đồ cần biểu thị tỷ mỉ, chi tiết các đặc trưng cho các đối tượng và hiện tượng được biểu thị. bản đồ được chia thành bản đồ địa hình hoặc bản đồ chuyên đề… Bản đồ địa hình có vai trò rất lớn trong thực tế sản xuất, trong nghiên cứu khoa học và trong nghiên cứu quân sự và phục vụ các nghành kinh tế quốc dân. các bản đồ địa hình là các tài liệu cơ bản dung để thành lập bản đồ tỷ lệ nhỏ hơn. Nhu cầu sử dụng bản đồ với các mục đích khác nhau nên tỷ lệ bản đồ cũng được thành lập ở các tỷ lệ khác nhau ví dụ: để lập một kế hoạch chung cho một công trình xây dựng thường dùng loai bản đồ địa hình khái quát. Nhưng để khảo sát công trình và thiết kế các công trình thì người ta lại dùng bản đồ địa hình tỷ lệ trung bình hoặc tỷ lệ lớn. Để giải quyết một công tác khảo sát thiết kế, nào đó về tổ chức kinh tế hoặc bảo vệ đất nước, người ta dùng một bộ bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau của từng lãnh thổ khác nhau. Vì vậy yêu cầu nội dung của bản đồ địa hình ở các tỷ lệ khác nhau phải phù hợp với nhau. 1.2. Nội dung của bản đồ địa hình Nguyên tắc tuân theo quy phạm thành lập bản đồ địa hình của “Cục Đo đạc và bản đồ nhà nước suất bản năm 1976”và tiêu chuẩn nghành quy phạm đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500 đến 1/5000 phần ngoài trời của “Cục Đo đạc và bản đồ nhà nước suất bản năm 1990” và các văn bản hiện hành. Các nội dung cơ bản biểu thị trên bản đồ địa hình là: Các điểm khống chế trắc địa Các điểm dân cư Các đối tượng kinh tế, văn hoá xã hội Đường giao thông và các đối tượng liên quan Hệ thống thuỷ hệ và các đối tượng liên quan Dáng đất và chất đất Thực vật Ranh giới, địa giới Ghi chú thuyết minh Tất cả các đối tượng nói trên Tuỳ theo hình dạng, kích thước, tính chất của đối tượng để biểu thị bằng ký hiệu đặc trưng tương ứng hoặc ghi chú đặc trưng tính chất. Ký hiệu bản đồ được chia làm 3 loại: - Ký hiệu theo tỷ lệ (các ký hiệu có kích thước của đồ hình mặt phẳng tỷ lệ với kích thước của địa vật) - Ký hiệu nửa tỷ lệ (các ký hiệu chiều rộng quy ước, chiều dài trùng với thực tế ) - Ký hiệu phi tỷ lệ (những ký hiệu quy ước có tâm trùng với tâm của địa vật nhưng kích thước hoàn toàn không tương ứng với kích thước thực tế của địa vật) Bản đồ địa hình được in bằng 4 màu. Màu đen, màu lơ, màu nâu, màu ve. Riêng các màu nền dùng tơram như sau: - Lòng khối nhà chụi lửa in bằng tơram kẻ nâu 30% - Lòng khối nhà kém chụi lửa in bằng tơram chấm đen 10% - Lòng sông, hồ, ao, biển in bằng tơram chấm lơ 15 % - Lòng đường lát bê tông, nhựa in bằng nâu - Nền rừng phát triển ổn định, nền vùng cây trông thân gỗ, thân dừa cọ, độ phủ làng và nghĩa trang, công viên thì in bằng màu ve tơram 35 % - Nền rừng non, tái sinh, rừng thưa, rừng cây bụi rậm,…in màu ve tơram 15% 1. Điểm khống chế trắc địa và các điểm định hướng Cơ sở lưới khống chế trắc địa nhà nước được thực hiện trong phép chiếu thống nhất. Lưới khống chế toạ độ, độ cao phát triển từ các điểm hạng cao Nhà nước (cấp hạng I, II, III, VI ) các điểm toạ độ được đo nối bằng các loại máy toàn đạc, toàn đạc điện tử, máy đo GPS … Các điểm độ cao được xác định bằng phương pháp đo cao hình học và đo cao lượng giác Các vật phương vị trong khu vực, nó cho phép ta xác định vị trí nhanh chóng và chính xác trên bản đồ ví dụ: Các toà nhà cao tầng, nhà thờ, ống khói nhà máy… một số đia vật không nhô cao so với mặt đất nhưng dễ dàng nhận biết (cây độc lập, ngã ba, ngã tư đường, lô cốt ...) Tất cả các điểm khống chế toạ độ, độ cao Nhà nước, các điểm địa chính cơ sở, được Bộ Tài nguyên và Môi trường đánh giá là tương đương với III hạng của nhà nước, đều phải thể hiện trên bản đồ 2. Các điểm dân cư. Các điểm dân cư là một trong yếu tố quan trọng nhất của bản đồ địa hình Các điểm dân cư được đăc trưng bởi kiểu cư trú, mật độ người cư trú trên đơn vị hành chính. Kiểu cư trú thì phân ra làm các nhóm: - Khu dân cư đông đúc như các thành phố, thị xã, thị trấn các điểm dân cư kiểu thành phố (khu công nhân, khu phố, ven đường, nơi nghỉ mát…) - Khu dân cư nông thôn (thôn, ấp, các khu nhà tạm... được thể hiện trên bản đồ địa hình bằng ký hiệu và ghi chú tên địa danh Khi thể hiện các điểm dân cư trên bản đồ địa hình thì phải biểu thị được đặc điểm, đặc trưng của chúng về qui hoạch cấu trúc. Trên các bản đồ tỷ lệ càng lớn thì sự biểu thị các điểm dân cư càng tỷ mỉ, khi thu nhỏ tỷ lệ phải tiến hành tổng quát hoá. Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2.000 biểu thị tất cả các vật kiến trúc theo hình dạng kích thước của chúng, đồng thời thể hiện được đặc điểm của địa vật, tính chất của vật liệu xây dựng, Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5.000 …các điểm dân cư được thể hiện bằng quy ước ký hiệu các ngôi nhà và các kiến trúc riêng biệt. Tuy nhiên phải có sự lựa chọn ưu tiên biểu thị các địa vật quan trọng. Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000 đến 1/50.000 thì sự biểu thị không phải chủ yếu là các vật kiến trúc riêng biệt mà là các ô phố. Trong đó đặc trưng số lượng được khái quát. Với bản đồ 1:100.000 thì các ngôi nhà trong ô phố không được thể hiện. Sự biểu thị các đường phố với độ rộng quy định ( 0.5 0.8 mm ) điều này mang đến sự ảnh hưởng là giảm diện tích các ô phố trên bản đồ. 3. Các đối tượng kinh tế,văn hoá xã hội Trên bản đồ địa hình biểu thị các công trình xây dựng có dạng kiến trúc cổ có ý nghĩa lịch sử, văn hoá Đình chùa, Đền, Miếu… Các công trình văn hoá Trường học, bệnh viện, sân vận động, công viên… Các công trình kinh tế như nhà máy, xí nghiệp, các đường điện cao thế ghi chú đầy đủ về số lượng dây, điện áp… Đường dây thông tin, đường cáp quang các trạm thu phát sóng các bãi vật liệu... tất cả các đối tượng trên phải biểu thị chính xác trên bản đồ. 4. Mạng lưới giao thông và các đối tượng liên quan. Trên các bản đồ địa hình thể hiện mạng lưới đường sá tỷ mỉ về khả năng giao thông và trạng thái, cấp hạng đường của đường. Mạng lưới đường sá được thể hiện chi tiết hay là tổng quát tuỳ thuộc vào tỷ lệ bản đồ. Trên bản đồ địa hình mạng lưới đường sá được phân ra thành nhiều loại gồm: đường sắt, đường bộ, đường thuỷ. - Đường sắt được phân chia theo độ rộng của các đường ray, theo số đường ray, trạng thái của đường. Trên đường sắt phải biểu thị được các thiết bị liên quan nhà ga, trang thiết bị phụ thuộc đường sắt như tháp nước, trạm canh, các đoạn đường ngầm, các đoạn đường đắp cao, xẻ sâu, cầu cống v.v… Đường bộ được phân chia thành các cấp đường như đường quốc lộ, tỉnh lộ ,huyện lộ các đường cấp phối, đường đất lớn, đường đất nhỏ, đường mòn Ngoài ra còn thể hiện rõ độ rộng lòng đường, độ rộng nền đường chất liệu rải mặt và ghi chú tên đường (nếu có). Các đường mòn trên các bản đồ tỷ lệ 1:10.000 và lớn hơn thể hiện tất cả các con đường, trên các bản đồ tỷ lệ 1:25.000 thì thể hiện có sự lựa chọn như con đường trên đồng ruộng và ở những nơi đường sá có mật độ cao. Còn ở các bản đồ có tỷ lệ nhỏ hơn thì sự lựa chọn phải có sự khái quát cao hơn. Hệ thống giao thông đường thuỷ biểu thị các bến phà, bến đò, âu thuyền, bến lội và hướng đi của nó đồng thời biểu thị các thiết bị phụ thuộc như đèn báo, phao tín hiệu - Khi lựa chọn phải xét được ý nghĩa của các đường sá, phải biểu thị những con đường đảm bảo mối liên hệ giữa các vùng dân cư với nhau, các nhà ga xe lửa, bến tàu, bến xe, sân bay và các con đường dẫn đến nguồn nước. - Đặc điểm là khi biểu thị mạng lưới đường sá trên bản đồ địa hình là phải truyền đạt chính xác thông tin đảm bảo chất lượng theo đúng tỷ lệ bản đồ. 5. Hệ thống thuỷ văn. Các yếu tố thuỷ hệ được biểu thị tỷ mỉ trên bản đồ địa hình. biểu thị các đường bờ, đường bờ nước, đường mép nước và các đối tượng liên quan. Trên bản đồ địa hình biểu thị tất cả các sông suối có chiều dài từ 1 cm trở lên kể cả sông suối, ao hồ chỉ có nước theo mùa. Các đoạn sông suối chảy ngầm, các kênh đào, mương máng, ao hồ các nguồn nước tự nhiên và nhân tạo. biểu thị các đường bờ nước, đường mép nước ổn định và không ổ định ở thời điểm đo vẽ đồng thời còn phải thể hiện các thiết bị phụ thuộc thuỷ hệ như : các bến lội, cầu cảng, cống, đập thuỷ điện, hệ thống đèn tín hiệu v.v…Sự biểu thị các yếu tố thuỷ hệ còn được thể hiện bằng các đặc trưng, tính chất và số lượng, độ mặn của nước, đặc điểm độ cao của đường bờ, độ sâu và độ rộng của sông, tốc độ, lưu lượng nước chảy, chất đáy. Trên bản đồ sông suối được thể hiện bằng một nét hay hai nét phụ thuộc vào độ rộng của nó ở thực địa tuỳ theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập. 6. Dáng đất và chất đất. - Dáng đất trên bản đồ địa hình được biểu thị bằng các đường bình độ. Khoảng cao đều được quy định theo từng tỷ lệ bản đồ. Cần thể hiện đầy đủ các tính chất đặc trưng của địa hình đảm bảo cho mục đích sử dựng đặc biệt là ở đồng bằng. Khi cần thiết có thể biểu thị thêm các đường bình độ phụ (bình độ nửa khoảng cao đều) và đường bình độ bổ sung. Trong nhiều trường hợp người ta còn tăng dày khoảng cao đều cơ bản, khoảng cao đều lớn nhất thường dùng cho các vùng núi cao. - Theo độ dốc địa hình thì khoảng cao đều đường bình độ được quy định cho từng loại tỷ lệ bản đồ như bảng dưới đây. Tỷ lệ bản đồ thành lập Độ dốc địa hình Từ 00 đến 20 Từ 20 đến 60 Từ 60đến150 Từ 150 trở lên 1 : 100.000 10 m 20 m 40 m 10 m 1 : 50.000 5 m 10 m 20 m 40 m 1 : 25.000 2.5 m 2.5 m 5 m 10 m 1 : 10.000 1.0 m 1.0 - 2.5 m 2.5 – 5.0 m 5.0 - 10 m 1 : 5.000 0.5 - 1.0 m 1.0 - 2.5 m 2.5 – 5.0 m 2.5 – 5.0 m 1 : 2.000 0.5 - 1.0 m 0.5 - 2.5 m 2.5 m 2.5 m Trên bản đồ phải biểu thị đầy đủ các dạng địa hình có liên quan đến sự hình thành tự nhiên như: hố castơ, hang động, vách đá, khe sói, bãi bồi… và các địa hình nhân tạo như : chỗ đào sâu, chỗ đắp cao, các loại đê, đập ngăn nước... Trước tiên cần xác định đặc điểm chung của dáng đất và phân loại dạng địa hình cơ bản đặc trưng cho dáng đất, chỉ ra các điểm quan trọng phản ánh được đặc điểm độ dốc của các đường phân thuỷ, tụ thuỷ, nơi yên ngựa, chỗ thay độ dốc. Để đặc biểu thị chi tiết, nét đặc trưng đầy đủ hơn cho địa hình trên bản đồ người ta còn ghi chú điểm độ cao đặc trưng, độ cao của các điểm có tính chất khống chế địa hình, trên các đường bình độ ở đỉnh, ở yên ngựa hoặc ở nơi dạng địa hình không rõ ràng người ta còn đặt vạch chỉ dốc. Những yếu tố dáng đất mà đường bình độ không thể hiện rõ được thì được biểu thị bằng các ghi chú thuyết minh ví dụ: Hố castơ, tỷ cao của vách đá dựng đứng, bãi đá ngầm... Trước khi biên vẽ dáng đất thì phải xác định rõ những đặc điểm chung và những dạng địa hình cơ bản và đặc trưng của nó. - chất đất trên bản đồ địa hình cần thể hiện các bãi cát nổi, chìm các dạng đầm lầy nước ngọt, nước mặn rễ qua hay khó qua. ghi chú độ sâu của chúng. 7. Lớp phủ thực vật Trên các bản đồ địa hình thể hiện các loại rừng nguyên sinh, rừng trồng, rừng tái sinh, rừng bụi rậm, rừng ngập mặn... Các vườn cây công nghiệp, nông nghiệp, đồng cỏ, thảo nguyên…Từng loại rừng được biểu thị bằng ký hiệu đặc trưng tương ứng và ghi chú các thông số như: Tên cây đặc trưng, chiều cao cây, đường kính thân cây, giãn cách giữa các cây, tính chất cây như cây lá rộng, cây lá kim Các rừng, vườn cây công nghiệp đươc thể hiện cây trồng lâu năm cây ăn quả hay cây lấy gỗ. Cây trồng nông nghiêp biểu thị loai cây lúa, màu.v.v… Đồng cỏ phân ra đồng cỏ cao trên 1m và cỏ dưới 1m. Thảo nguyên phân ra thảo nguyên có cây, thảo nguyên bán hoang mạc, thảo nguyên có đá. Khi tiến hành biểu thị thảm thực vật đều phải tiến hành lựa chọn và khái quát việc chọn lọc dựa theo tiêu chuẩn kích thước diện tích để thể hiện trên bản đồ. theo quy phạm thành lập bản đồ địa hình đối với rừng có diện tích từ 15 mm2 trên bản đồ trở lên đều phải biểu thị. Những khu vực có diện tích chiếm 2 cm2 thì phải có thêm ký hiệu loại cây, độ cao cây, đường kính thân cây, giãn cách giữa cách cây. Đối với khu vực có diện tích từ 4 cm2 trở lên phải ghi chú tên cây. Tuỳ theo các loại thảm thực vật khi biên tập bản đồ tiến hành lồng màu cho đúng quy định 8. Ranh giới, địa giới. Đường địa giới hành chính các cấp phải biểu thị trên bản đồ địa hình. Các đường ranh giới phân chia hành chính đòi hỏi phải biểu thị rõ ràng trên nguyên tắc tôn trọng lich sử để lại thông thường chọn các địa vật hình tuyến, các đường phân thuỷ, tụ thuỷ các sông, suối…có tính chất ổn định lâu dài dễ nhận biết để biểu thị đường địa giới hành chính các cấp. Ranh giới hành chính được phân loại theo cấp hành chính gồm: - Ranh giới lãnh thổ, lãnh hải - Ranh giới tỉnh, thành phố - Ranh giới quận, huyện, thị xã - Ranh giới xã, phường, thị trấn Khi biểu thị đường địa giới quốc gia vẽ xác định hay chưa xác định đều phải thống nhất với tài liệu quản lý địa giới của chính phủ. Đường địa giới các cấp hành chính phải được Uỷ ban nhân dân hai địa phương liền kề nhau nhất trí thống nhất bằng văn bản Đối với bản đồ tỷ lệ lớn phải biểu thị tất các mốc địa giới hành chính lên bản đồ. Ngoài ra biểu thị ranh giới khu cấm, khu di tích lịch sử. Khu bảo tồn thiên nhiên… - Ranh giới thực vật, thổ nhưỡng: các khu rừng, các thảm thực vật các khu vực sản xuất vật liệu, bãi lầy... - Ranh giới tường rào Thành lũy, tường xây, hàng rào cây sống, các loại địa vật này biểu thị tính chất, kiểu cách cũng như quy mô của ranh giới 9. Ghi chú thuyết minh Trên bản đồ địa hình khi dùng ký hiệu để biểu thị chưa thể hiện hết các yếu tố tính chất, định tính, định lượng thì cần phải dùng ghi chú thuyết minh để thể hiện của các yếu tố nội dung như địa danh, độ rộng, độ dài, tỷ cao, tỷ sâu. v.v… Tất cả các ghi chú đều ghi theo tiếng Việt. Các địa danh vùng dân tộc ít người ghi bằng chữ dân tộc tương ứng (nếu có) đặt ghi chú bên phải ký hiệu trường hợp không đủ chỗ ghi chú thì chọn chỗ khác nhưng phải rõ ràng rễ đọc. Các ghi chú theo địa vật hình tuyến hay theo rải như tên biển, vịnh, sông, hồ các dãy núi v.v...cần đảm bảo hướng của địa vật như sau: - Khi hướng của địa vật là Đông -Tây thì đầu chữ quay về hướng bắc. - Khi hướng của địa vật là Nam- Bắc thì đầu chữ quay về hướng tây - Khi hướng của địa vật là Tây - Nam - Đông Bắc thì đầu chữ quay về hướng Tây - Bắc - Khi hướng của địa vật là Tây - Bắc- Đông Nam thì đầu chữ quay về hướng Đông - Bắc Trường hợp ghi chú đường cong kéo dài của địa vật, khi xếp sắp chữ tránh không để đầu chữ chúc xuống dưới. 1.3. Cơ sở toán học khi thành lập bản đồ địa hình. 1. Về tỷ lệ bản đồ địa hình. Tỷ lệ bản đồ xác định mức độ thu nhỏ của bề mặt Trái đất khi biểu thị lên bản đồ, tỷ lệ bản đồ là tỷ số giữa chiều dài một đoạn thẳng trên bản đồ và chiều dài thực của nó ngoài thực địa, ký hiệu là: 1: Mbđ = Có 2 phương pháp thể hiện tỷ lệ: - Tỷ lệ số: Thể hiện bằng một phân số mà tử số bằng 1 còn mẫu số là số cho thấy mức độ thu nhỏ của bề mặt trái đất, tỷ lệ này thường được viết dưới dạng 1:1000 hoặc 1/1000. - Tỷ lệ chữ: Nêu rõ một đơn vị chiều dài trên bản đồ tương ứng với khoảng cách là bao nhiêu ở ngoài thực địa, tỷ lệ này được ghi là: 1 cm trên bản đồ tương ứng với tỷ lệ nhất định. 2. Cơ sở lưới chiếu: Bản đồ địa hình trước đây được thành lập trong phép chiếu Gauss-Kruger (phép chiếu đồng góc) và hiện nay sử dụng phép chiếu UTM quốc tế (phép chiếu hình trụ ngang đồng góc). Elipxoid quy chiếu quốc gia là Elipxoid WGS-84 toàn cầu được xác định (định vị) phù hợp với lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở sử dụng các điểm GPS cạnh dài có độ cao thủy chuẩn phân bố đều trên lãnh thổ. Trong đó Elipxoid WGS-84 có kích thước: Bán trục lớn: a = 6378137.0 m Độ dẹt: a = 1: 298.257223563 Tốc độ quay quanh trục: w = 729115.10-11 radian/s Kinh tuyến gốc (00) được quy ước là kinh tuyến đi qua đài thiên văn Greenwich. Điểm gốc của hệ tọa độ mặt phẳng có X = 0 km, Y = 500 km (chuyển trục Y về phía Tây 500 km so với kinh tuyến trục của múi chiếu). Điểm gốc của hệ độ cao là điểm độ cao ở Hòn Dấu - Hải Phòng. Điểm gốc tọa độ quốc gia: Điểm N00 đặt tại Viện Nghiên cứu Địa Chính. Các công thức và thông số tính chuyển hệ tọa độ phẳng của phép chiếu Gauss-Kruger sang UTM quốc tế: XUTM = K0.XG YUTM = K0.(YG -500.000) + 500.000 gUTM = gG MUTM = K0.MG Trong đó: K0 = 0.9996 dùng cho múi chiếu 60 K0 = 0.9999 dùng cho múi chiếu 30 XUTM,YUTM là tọa phẳng của lưới chiếu UTM XG, YG là tọa độ phẳng của lưới chiếu Gauss-Kruger gUTM, gG là góc lệch kinh tuyến tương ứng của lưới chiếu UTM và lưới chiếu Gauss-Kruger. MUTM, MG là tỷ lệ biến dạng chiều dài tương ứng của lưới chiếu UTM và Gauss-Kruger 3. Về hệ thống toạ độ, độ cao bản đồ địa hình. + Hệ thống khống chế toạ độ nhà nước bao gồm: - Lưới toạ độ nhà nước hạng I, II, III, IV. - Lưới toạ độ cơ sở tương đương với lưới toạ độ hạng III. - Lưới toạ độ giải tích cấp I,II. - Lưới tam giác nhỏ, đường chuyền kinh vĩ cấp I,II. + Hệ thống khống chế độ cao của nhà nước bao gồm: - Lưới độ cao nhà nước hạng I,II,III,IV. - Lưới độ cao kỹ thuật. - Lưới độ cao đo vẽ. 1.4. Phân loại tỷ lệ bản đồ và chia mảnh bản đồ địa hình. 1. Phân loại theo tỷ lệ. Bản đồ tỷ lệ lớn thành lập trên mặt phẳng chiếu hình Gauss, Elipxoid Kraopxki theo hệ toạ độ cao nhà nước 1972 hoặc VN-2000. Bản đồ địa hình các loại tỷ lệ là 1/5.000 đến 1/500 hoặc lớn hơn thuộc hệ thống bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Bản đồ tỷ lệ trung bình từ (1/10.000 đến 1/50.000) Bản đồ tỷ lệ nhỏ từ (1/100.000 đến nhỏ hơn). Tuỳ theo yêu cầu, mục đích sử dụng bản đồ mà thành lập bản đồ địa hình có tỷ lệ khác nhau với yêu cầu cụ thể. 2. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình: Để tiện trong việc đo vẽ, quản lý và sử dụng người ta quy định một hệ thống ký hiệu riêng biệt để chia mảnh đánh số hiệu cho từng loại tỷ lệ bản đồ với từng khu vực và tỷ lệ khác nhau. Số hiệu của tờ bản đồ được gọi là danh pháp của bản đồ. 2.1. Danh pháp của tờ bản đồ địa hình trong hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN – 2000. Lấy bản đồ tỷ lệ 1/1.000.000 làm cơ sở để chia mảnh và đánh số hiệu cho các loai bản đồ địa hình như sau: Cũng giống như trong hệ toạ độ HN – 72, mảnh bản đồ 1/1.000.000 có kích thước Dj = 4o và Dl = 60. Ký hiệu cột được đánh số bằng số ả Rập 1, 2, 3...bắt đầu từ cột số 1 nằm giữa kinh tuyến 1800 Đông và 1740 Tây. Ký hiệu múi ( cột ) tăng dần từ Đông sang Tây. Ký hiệu Đai ( hàng ) được đánh bằng các chữ cái La Tinh A, B, C, ...V. Được đánh từ vĩ tuyến 00 và 40 trở về hai cực trái đất. Trong hệ UTM quốc tế quy định từ xích đạo về phía Nam bán cầu ký hiệu hàng thêm chữ N. từ xích đạo về phía bắc bán cầu ký hiệu hàng thêm chữ S. Như vậy danh pháp mảnh bản đồ tỷ lệ 1/1.000.000 trong hệ VN – 2000 có phiên hiệu là F – 48 (NF – 48) Phần trong ngoặt là danh pháp mảnh bản đồ đó theo UTM quốc tế 2.2. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/ 500.000 Từ mảnh bản đồ 1/1.000.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/500.000 mỗi mảnh có kích thước Dj = 2o và Dl = 30. phiên hiệu mảnh đánh bằng chữ cái A, B, C, D theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500 000 có phiên hiệu là: F – 48 – D ( NF - 48 – D ) Phần trong ngoặt là danh pháp mảnh bản đồ đó theo UTM quốc tế 2.3. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/250.000 Từ mảnh bản đồ 1/500.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/250.000 mỗi mảnh có kích thước Dj = 1o và Dl = 10 30’. Phiên hiệu mảnh được đánh bằng các số ả Rập 1, 2, 3, 4 theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Chia theo kiểu UTM quốc tế thì Từ mảnh bản đồ 1/1.000.000 chia thành 16 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/250.000 mỗi mảnh có kích thước Dj = 1o và Dl = 10 30’. phiên hiệu mảnh được đánh bằng các số ả Rập 1, 2, 3, …16 theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/ 250.000 có phiên hiệu là: F – 48 – D - 4 ( NF - 48 – 16 ) Phần trong ngoặt là danh pháp mảnh bản đồ đó theo UTM quốc tế 2.4. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 Từ mảnh bản đồ 1/1.000.000 chia thành 144 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/100.000 mỗi mảnh có kích thước Dj = 30’ và Dl = 30’. phiên hiệu mảnh được đánh bằng các số ả Rập 1 đến 96 theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/100.000 có phiên hiệu là: F – 48 – 144 2.5. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/ 50.000 Từ mảnh bản đồ 1/100.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/50.000 mỗi mảnh có kích thước Dj = 15’ và Dl = 15’. phiên hiệu mảnh được đánh bằng các chữ cái A, B, C, D theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Chia theo kiểu UTM quốc tế thì phiên hiệu mảnh đánh bằng các chữ số La mã I, II, III,VI theo thứ tự bắt đầu mảnh góc Đông Bắc theo chiều kim đồng hồ Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 có phiên hiệu là: F – 48 – 96 – D ( 6151VI ) Phần trong ngoặc là danh pháp mảnh bản đồ đó theo UTM quốc tế 2.6. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000 Từ mảnh bản đồ 1/50.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/25.000 mỗi mảnh có kích thước Dj = 7’ 30”và Dl = 7’ 30”. phiên hiệu mảnh được đánh bằng các chữ a, b, c, d, theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000 có phiên hiệu là: F – 48 – 96 – A - b 2.7. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 Từ mảnh bản đồ 1/25.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/10.000 mỗi mảnh có kích thước Dj = 3’ 45”và Dl = 3’ 45”. phiên hiệu mảnh được đánh bằng các chữ số 1, 2, 3, 4, theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 có phiên hiệu là: F – 48 – 96 – A – b- 4 2.8. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/ 5.000 Từ mảnh bản đồ 1/100.000 chia thành 256 mảnh bản đồ tỷ lệ 1:5.000, mỗi mảnh có kích thước Dj = 1’ 52.5”và Dl = 1’ 52.5”. phiên hiệu mảnh đánh bằng các chữ số 1 đến 256, theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 có phiên hiệu là: F – 48 – 96 – ( 256 ) 2.9. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/ 5.000 Từ mảnh bản đồ 1/5.000 chia thành 9 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/2.000, mỗi mảnh có kích thước Dj = 37.5” và Dl = 37.5”.Ký hiệu bằng các chữ cái a, b, c, d, e, f, g, h, i, k. Theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2.000 có phiên hiệu là: F – 48 – 96 – (256 – k) 2.10. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ1: 1000 Từ mảnh bản đồ 1/2.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/1.000, mỗi mảnh có kích thước Dj = 18.75”và Dl = 18.75”. ký hiệu bằng các chữ số La Mã I, II, III,VI .Theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:1.000 có phiên hiệu là: F – 48 – 96 – (256 – k – VI ) 2.11. Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/ 500 Từ mảnh bản đồ 1:2.000 chia thành 16 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/500 ký hiệu bằng các chữ số từ 1 đến 16.Theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Ví dụ mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500 có phiên hiệu là: F – 48 – 96 – ( 256 – c – 16 ) Bản đồ tỷ lệ lớn 1/1000 và 1/500 thường được áp dụng thành lập bản đồ ở những khu vục nhỏ 1.5. Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa hình. Yếu tố đặc trưng quan trọng của chất lượng một tờ bản đồ địa hình là độ chính xác đo và vẽ bản đồ. Nếu độ chính xác của bản đồ quá thấp thì nó không đáp ứng được yêu cầu sử dụng, ngược lại nếu quy định độ chính xác quá cao sẽ gây khó khăn cho công tác đo vẽ và tăng giá thành của sản phẩm. Người ta thường đánh giá độ chính xác của bản đồ địa hình theo ba nội dung cơ bản đó là: + Vị trí và độ cao các điểm khống chế trắc điạ các cấp + Vị trí cùng các thông tin về nội dung địa vật + Các yếu tố địa hình được thể hiện bằng đường đồng mức. - Độ chính xác lưới khống chế địa hình được đặc trưng bằng sai số trung phương vị trí điểm so với điểm khống chế cấp cao hơn hoặc sai số vị trí điểm khống chế cùng cấp. Lưới khống chế được xây dựng tuần tự nhiều cấp thì sai số các cấp sẽ ảnh hưởng tổng hợp đến sai số vị trí điểm của cấp thấp nhất. Sai số này thường yêu cầu nhỏ hơn 0,2 mm trên bản đồ. - Sai số vị trí của điểm tăng dày so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ ngoại nghiệp gần nhất không được vượt quá quy định sau: Về mặt phẳng ( tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập ). ± 0.2mm đối với vùng núi và núi cao ± 0.1mm đối với vùng đồng bằng và vùng đồi. - Sai số trung bình về độ cao của đường bình độ, độ cao của các điểm đặc trưng địa hình và điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ gốc so với độ cao của điểm khống chế đo vẽ gần nhất (điểm khống chế độ cao) không được vượt quá quy định nêu ở bảng dưới đây (lấy khoảng cao đều của đường bình độ làm đơn vị) Khoảng cao Sai số trung bình về độ cao đường bình độ đều (m) So với khoảng cao đều 1/500 1/1000 1/2000 1/5000 1/10000 1/25000 0.25 1/4 1/4 - - - - 0.5 1/4 1/4 1/4 1/3 - - 1.0 1/4 1/4 1/4 1/3 1/4 - 2.5 - - - 1/3 1/3 1/3 5.0 - - - - 1/2 1/2 10.0 - - - - - 1/2 Trong trường hợp đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1/500, 1/1.000 ở vùng có độ dốc trên 100, đo vẽ bản đồ tỷ lệ từ 1/2.000 đến bản đồ tỷ lệ 1/25.000 ở vùng có độ dốc 150 thì số đường bình độ phải phù hợp với độ cao xác định tại chỗ thay đổi độ dốc và phải phù hợp với độ cao của các điểm đặc trưng địa hình. Đối với các khu vực ẩn khuất, đầm lầy, bãi cát không ổn định v.v… các sai số nói trên cho phép tăng thêm 1.5 lần. Sai số trung bình vị trí điểm tăng dày so với điểm khống chế đo vẽ ngoại nghiệp gần nhất không vượt quá quy định sau: khoảng cao Sai số trung bình về độ cao điểm tăng dày đều(m) So với Khoảng cao đều 1/500 1/1.000 1/2.000 1/5.000 1/10.000 1/25.000 0.5 1/5 1/5 - - - - 1 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 - 2.5 - - - - 1/4 1/4 5 - - - - 1/3 1/3 10 - - - -   - 1/3 Khi kiểm tra, sai số lớn nhất không vượt quá sai số giới hạn. Số lượng sai số có giá trị bằng sai số giới hạn không được vượt quá 10% tổng số các trường hợp kiểm tra. Các sai số trong mọi trường hợp không được mang tính chất hệ thống. Sai số giới hạn của điểm tăng dày quy định là 2 lần sai số trung bình nói trên. Khi kiểm tra, sai số lớn nhất về vị trí của điểm tăng dày không vượt quá sai số giới hạn và số lượng sai số có giá trị bằng sai số giới hạn không vượt quá: Về mặt phẳng: 5% tổng số các trường hợp. Về độ cao : 5% tổng số các trường hợp ở vùng quang đãng. 10% tổng số các trường hợp ở vùng ẩn khuất đầm lầy, bãi cát không ổn định … - Độ chính xác về vị trí mặt bằng các điểm địa vật đặc trưng đươc đánh giá bởi sai số trung phương vị trí điểm của chúng so với điểm khống chế trắc địa gần nhất quy định sai số này không lớn quá 0,5mm trên bản đồ đối với địa vật rõ nét, và 0,7mm trên bản đồ đối với địa vật không rõ nét. Khi thành lập bản đồ ở vùng đã xây dựng cơ bản, xây dựng theo quy hoạch và xây dựng những công trình mang tính chất cố định, thì sai số tương hỗ vị trí giữa các điểm địa vật quan trọng (như các công trình chính, các toà nhà các địa vật quan trọng…) không được vượt quá 0.4 mm - Độ chính xác về độ cao của điểm bất kỳ được nội suy từ độ cao các đường đồng mức. Sai số trung phương độ cao của điểm bất kỳ không vượt quá 1/4 khoảng cao đều đường đồng mức khi độ dốc 60 Dưới đây là các quy định khoảng cao đều của các đường bình độ trên bản đồ. TT Tỷ lệ bản đồ Khoảng cao đều (m) Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất 1 1/2 000 0.5 1 2 2 1/5.000 1 2 5 3 1/10.000 2.5 2.5 5 4 1/25.000 2.5 5 10 5 1/50.000 10 10 20 6 1/100.000 20 20 40 7 1/200.000 20 20 40 8 1/500.000 50 50 100 9 1/1.000.000 50 100 200 Ngoài các điểm đặc trưng địa hình, trên bản đồ phải có các điểm ghi chú độ cao. Số lượng điểm đặc trưng địa hình và ghi chú điểm độ cao trên 1 dm2 bản đồ không ít hơn 10 điểm khi đo vẽ ở vùng núi, và 15 điểm khi đo vẽ ở vùng đồng bằng. Trong các trường hợp đặc biệt như khi đo vẽ ở vùng dân cư dày đặc, vùng có địa hình biến đổi đều và có quy luật… thì số lượng điểm nêu trên cũng được giảm bớt nhưng cũng không ít hơn 8 điểm khi đo vẽ ở vùng núi, và 10 điểm khi đo vẽ ở vùng đồng bằng. Nội dung trên bản đồ tỷ lệ lớn luôn thể hiện một cách đầy đủ chính xác hơn các bản đồ tỷ lệ nhỏ. Do đó ngay từ khâu khảo sát địa hình, lập lưới khống chế trắc địa đến điều vẽ biên tập bản đồ luôn đòi hỏi độ chính xác cao. - Đảm bảo độ chính xác cao theo đúng yêu cầu kỹ thuật đối với từng loại tỷ lệ bản đồ. - Thể hiện đầy đủ chi tiết các yếu tố nội dung theo đúng yêu cầu kỹ thuật đối với từng loại bản đồ. - Bản đồ địa hình cần phải rõ ràng, dễ đọc, cho phép định hướng dễ dàng nhanh chóng ngoài thực địa. - Các yếu tố biểu thị trên bản đồ đòi hỏi phải đầy đủ, tỷ mỉ, chính xác. Mức độ thông tin phải phù hợp với mục đích sử dụng bản đồ và đặc điểm khu đo. - Chất lượng của bản đồ phải có chất lượng cao để bảo quản, lưu trữ được lâu dài. Để phù hợp độ chính xác khi thành lập bản đồ địa hình người ta quy định các loại tỷ lệ sau: Đối với vùng đồi, núi thành lập bản đồ tỷ lệ: 1/ 25.000 đến 1/5.000 Đối với vùng đồng bằng thành lập bản đồ tỷ lệ: 1/ 5.000 đến 1/1.000 Đối với khu vực đô thị thành lập bản đồ tỷ lệ: 1/ 1.000 đến 1/ 200 1. Các phương pháp thành lập bản đồ. Trong các nghành khoa học ứng dụng thì khoa học thành lập bản đồ là một ngành có nhiều đặc thù riêng biệt, cho ra các sản phẩm đa dạng, đa tỷ lệ, phục vu cho nhiều nghành khoa học với mục đích khác nhau như : Quân sự, quản lý hành chính, thiết kế xây dựng… Lịch sử phát triển của ngành đã hình thành nên các phương pháp thành lập bản đồ được tổng quát như sau : Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình Phương pháp đo trực tiếp ngoài thực địa Phương pháp đo ảnh Phương pháp biên tập từ BĐ tỷ lệ lớn Phương pháp bàn đạc Phương pháp GPS Phương pháp phối hợp Phương pháp toàn đạc Phương pháp đo ảnh lập thể Phương pháp Đo ảnh tương tự Phương pháp đo ảnh số Phương pháp đo ảnh giải tích Phương pháp toàn đạc Hình 1.1. Các phương pháp thành lập bản đồ 2 . Phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa. Quy trình công nghệ đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa Khảo sát thiết kế Thành lập lưới tọa độ, độ cao Lưới khống chế đo vẽ Biên vẽ bản đồ gốc Đo vẽ chi tiết ngoài thực địa Kiểm tra In và lưu trữ Bản đồ địa hình được thành lập theo phương pháp đo vẽ trực tiếp được tiến hành theo các công đoạn chính sau: - Khảo sát thiết kế - Thành lập lưới khống chế trắc địa: Trước tiên ta phải thành lập lưới khống chế toạ độ mặt phẳng và độ cao. - Đo vẽ bản đồ gốc: Dựa vào các điểm khống chế trắc địa, khống chế đo vẽ tiến hành đo vẽ chi tiết nhằm thu thập dữ liệu của các yếu tố địa vật và địa hình. Nếu sử dụng máy kinh vĩ và máy toàn đạc quang học thì dữ liệu là góc cực b, cạnh cực S và chênh cao h, còn sử dụng máy toàn đạc điện tử sẽ nhận được toạ độ không gian ba chiều X, Y, H của điểm chi tiết. Dựa vào toạ độ và độ cao của các điểm khống chế trắc địa cũng như toạ độ cực hoặc toạ độ vuông góc và độ cao của các điểm chi tiết tiến hành vẽ bản đồ gốc. Bản đồ gốc có thể được vẽ bằng phương pháp thủ công hoặc bằng công nghệ tin học sử dụng các phần mềm chuyên dụng. - Biên tập bản đồ gốc: Trên cơ sở bản đồ gốc được vẽ trực tiếp theo dữ liệu đo ở thực địa, trước khi biên tập cần phải đánh giá độ chính xác và dựa vào yêu cầu sử dụng để chỉnh sửa cho phù hợp. Hiện nay công tác biên tập bản đồ chủ yếu được thực hịên bằng công nghệ tin học. Bản đồ gốc có thể in ra giấy hoặc dưới dạng bản đồ số được lưu trữ trong máy vi tính. Ưu điểm: Phương pháp này là đạt độ chính xác cao đối với từng điểm đo có cùng các thông tin định tính và định lượng của các đối tượng, các thông tin thu thập được mang tính hiện thời, độ tin cậy cao, thuận tiện cho công tác biên vẽ bản đồ được tiến hành trong phòng. Phương pháp này thường được ứng dụng cho thành lập bản đồ tỷ lệ lớn ở những khu vực nhỏ. Nhược điểm: Công tác đo ngoại nghiệp chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường và thời tiết, hạn chế tầm nhìn do địa vật gây ra ảnh hưởng lớn tới công việc dẫn đến năng xuất lao động không cao, có thể bỏ sót đối tượng địa vật, gây khó khăn cho công tác nội nghiệp. Do vậy phương pháp này cho hiệu quả kinh tế không cao và có một số hạn chế khả năng ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất. Chính vì lý do trên mà phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa thường chỉ đựơc áp dụng vào những địa bàn nhỏ, chủ yếu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn ở các vùng dân cư, đặc biệt là khu vực đô thị có mật độ dân cư đông đúc, nhiều công trình xây dựng. Hiện nay với máy móc hiện đại, số liệu đo ở sổ ghi điện tử được lưu trữ trong file số liệu dạng ACCII giảm tối thiểu thời gian thao tác ngoài thực địa. Kết quả đo có độ chính xác phụ thuộc vào việc dựng gương ở các điểm chi tiết ngoài thực địa và công tác sơ họa. 3. Phương pháp biên tập bản đồ địa hình từ bản đồ có tỷ lệ lớn hơn. Thành lập các loại bản đồ trên cơ sở các bản đồ cùng khu vực có tỷ lệ lớn hơn mới được thành lập. Khi tiến hành biên tập cần tuân theo những quy định lấy bỏ, tổng quát hoá nội dung của bản đồ. Công nghệ này đảm bảo độ tin cậy, độ chính xác về cơ sở toán học cũng như yêu cầu về nội dung bản đồ theo quy định và quy phạm. Đặc thù của phương pháp này là dùng bản đồ tỷ lệ lớn hơn đã có để chuyển về tỷ lệ nhỏ hơn cần thành lập thông qua việc tổng hợp khái quát và lựa chọn nội dung trên bản đồ tỷ lệ lớn về bản đồ tỷ lệ nhỏ, đảm bảo được nội dung của bản đồ theo đúng quy định, quy phạm Phương pháp này có ưu điểm là thành lập bản đồ bằng phương pháp trong phòng với thời gian ngắn và rẻ tiền, có ứng dụng thành lập bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình, và bản đồ chuyên đề . 4. Phương pháp đo ảnh. a. Phương pháp đo ảnh đơn. Phương pháp đo ảnh đơn là một trong hai phương pháp cơ bản của trắc địa ảnh phương pháp đo ảnh đơn được xây dựng trên cơ sở: Lấy hình ảnh trên ảnh đơn làm cơ sở cho việc xác định vị trí, hình dạng, kích thước mặt phẳng của đối tượng đo vẽ nội dung của bản đồ. Các hình ảnh trên ảnh đơn phải được sử lý để loại trừ các sai số do ảnh nghiêng gây ra và hạn chế sai số do địa hình lồi lõm gây ra trong giới hạn cho phép. Công tác này được gọi là nắn ảnh. Tính chất của các đối tượng đo vẽ nếu chưa xác định được đầy đủ và chính xác bằng đoán đọc trực tiếp hình ảnh trên ảnh thông qua các đặc trưng và mối quan hệ tương hỗ giữa chúng thì cần được xác định việc điều tra đối chiếu ngoài thực địa. Công việc này được gọi là công tác điều vẽ ảnh. Nội dung địa hình của bản đồ và độ cao của các đối tượng đo vẽ độc lập đươc xác định bằng phương pháp đo trực tiếp ngoài thực địa trên hình ảnh của ảnh đơn đã được xử lý… Phương pháp nay phù hợp để thành lập bản đồ vùng bằng phẳng có chênh cao địa hình nhỏ nhằm đảm bảo sai số vị trí điểm do địa hình độ lồi lõm gây ra không vượt quá giới hạn cho phép. b. Phương pháp phối hợp Có hai phương pháp phối hợp: phương pháp đo phối hợp trên ảnh đơn và phương pháp đo phối hợp trên bình đồ ảnh. Tuy nhiên phương pháp đo phối hợp trên ảnh đơn đã không được ứng dụng nữa do nhiều bất cập của nó, hiện nay thường sử dụng phương pháp đo phối hợp trên bình đồ ảnh để thay thế. ảnh sau khi tiến hành nắn và cắt ghép lập bình đồ, tiến hành đo vẽ địa vật ở trong phòng sau đó kết hợp với đo vẽ địa hình và đo địa vật bổ sung ngoài thực địa. Bình đồ ảnh có thể nhận từ phép nắn quang cơ (ảnh tương tự) và có thể từ ảnh số. Công nghệ ảnh số cho phép thành lập bình đồ ở vùng bằng phẳng như phương pháp quang cơ, nhưng cũng có thể nhận được từ ảnh trực giao khi khu đo có độ chênh cao tương đối lớn. Ưu điểm là Phương pháp này thành lập bản đồ với độ chính xác rất cao. Nhược điểm là khối lượng công tác ngoại nghiệp khá nhiều do đó làm giảm tính ưu việt của phương pháp. Nó được ứng dụng trong thành lập bản đồ vùng rộng lớn, bằng phẳng. Đo ảnh lập thể có khả năng khái quát địa hình tốt nhất so với tất cả các phương pháp khác. ngày nay nhờ có các thiết bị hiện đại như máy đo vẽ lập thể toàn năng quang cơ, máy đo vẽ toàn năng giải tích và trạm đo ảnh số mà phương pháp lập thể thoả mãn tất cả các loại bản đồ có tỷ lệ từ 1/1000 trở xuống. Do đo vẽ trên mô hình nên phương pháp lập thể hạn chế đến mức tối đa ảnh hưởng của thời tiết và phức tạp của địa hình. Đặc biệt đối với bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ bé thì không có phương pháp nào cho độ chính xác cao hơn. Có thể nói phương pháp này luôn được áp dụng các thành tựu khoa học mới vào sản xuất để giải phóng con người khỏi lao động vất vả tăng năng xuất lao động dẫn tới giảm giá thành sản phẩm. Ngày nay, phương pháp đo ảnh số đã thể hiện sự ưu việt về tính tổng thể, độ chính xác đồng đều rất thuận lợi cho công tác điều tra giám sát về chất lượng, tốc độ thi công nhanh, khả năng công nghiệp hoá và tự động hoá cao, hiệu quả kinh tế lớn…đặc biệt là phương pháp này phát huy được hiệu quả khi tổ chức thi công ở khu vực rộng lớn. Hiện nay trên thế giới và nước ta thì công nghệ đo ảnh số đã và đang được áp dụng rộng rãi trong sản xuất. c. Phương pháp đo ảnh lập thể đo ảnh lập thể có khả năng khái quát địa hình tốt nhất so với tất cả các phương pháp khác. Ngày nay nhờ có thiết bị hiện đại như máy đo vẽ lập thể quang cơ, quang học, cơ học, giải tích và sử lý ảnh số mà phương pháp thoả mãn tất cả các loại bản đồ có tỷ lệ từ 1/1.000 trở xuống. Với điều kiện thuận lợi cho phép thì đo ảnh lập thể có thể đo được tỷ lệ 1/500 và lớn hơn. Do vẽ trên mô hình nên phương pháp lập thể hầu như hạn chế đến mức tối đa ảnh hưởng của thời tiết và địa hình. Đặc biệt với bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ bé thì không có phương pháp nào cho độ chính xác cao hơn phương pháp đo ảnh lập thể. Có thể nói phương pháp này luôn được áp dụng các thành tưu khoa học mới vào sản xuất để giải phóng con người khỏi lao động vất vả, tăng năng xuất lao động dẫn tới giảm giá thành sản phẩm. Ngày nay trên thế giới và nước ta công nghệ đo ảnh số đang được áp dụng rộng rãi. Các bài toán xử lý ảnh đều dựa trên nền tảng của phương pháp đo ảnh giải tích. Trong công nghệ xử lý ảnh có rất nhiều công đoạn xử lý toạ độ pixel, xử lý sai số điểm ảnh, xây dựng mô hình lập thể, tăng dày và đo vẽ, cho phương pháp này cho ra nhiều sản phẩm đa dạng, tạo điều kiện áp dụng sản phẩm bản đồ địa hình cho GIS, LIS và nhiều lĩnh vực khoa học khác thuận lợi hơn. Chương 2 thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo vẽ ảnh số 2.1.Khái niệm về ảnh số ảnh số là qúa trình biến đổi độ xám trên ảnh thành các tín hiệu điện được thể hiện bằng hàng và cột, độ lớn và độ phân giải của các phần tử ảnh. Trong phương pháp ảnh số thì ảnh số được biểu diễn bằng các phần tử của ảnh được gọi là pixel. Như vậy ảnh số là tập hợp các pixel. Mỗi điểm ảnh tương ứng với mỗi pixel được mô tả dưới dạng hàm số với các biến đổi toạ độ điểm ảnh (x, y) và giá trị độ xám của nó ( D ). Một tấm ảnh sau khi quá trình biến đổi tín hiệu tương tự, liên tục sang tín hiệu số rời rạc sẽ tạo thành một mảng hai chiều gồm các phần tử có kích thước giống nhau được gọi (pixel). Để thu được một tấm ảnh số ta cần đến thiết bị số hóa (máy quét ảnh). Quá trình số hóa bao gồm hai nội dung cơ bản đó là quá trình định mẫu ảnh và quá trình lượng tử hóa hình ảnh. Mỗi pixel được xác định bởi toạ độ hàng (m), cột (n) và giá trị độ xám biến đổi theo toạ độ điểm (x,y). toạ độ hàng và cột của mỗi pixel đều là các số nguyên dương nằm giữa (1m) cột và (1n) hàng tức là: 1≤ x ≤ n ; 1 ≤ y ≤ m Còn các giá trị độ xám của pixel nằm trong thang độ xám từ 0 á 255 (thang độ xám 256 bậc theo đợn vị thông tin 8 bit). Toạ độ của một điểm ảnh trên ảnh số được xác định như sau Xi = i0 Dx +i Dx Yi = j0Dy+jDy Trong đó: i = 0, 1, 2…n-1 j = 0, 1, 2…m-1 Dx, Dy: là khoảng cách lấy mẫu trên hướng x và hướng y Khi lấy Dx = Dy = D chỉ ra các giá trị rời rạc được gán vào các giá trị độ xám g (m,n ) tương ứng các pixel có hình vuông, lúc đó chúng ta nói rằng ảnh được lấy mẫu và các giá trị độ xám của nó được lượng tử hoá. Độ xám của ảnh được lập theo mẫu và sắp xếp theo ma trận độ xám sau g = Trong đó: gij là mức độ xám của mỗi pixel ảnh có vị trí tính theo cột i hàng j. Đối với các ảnh viễn tham được thu nhận trực tiếp dạng số thì mỗi phần tử ảnh của pixel thể hiện một khu vực bề mặt trên trái đất. Giá trị độ xám của pixel được tính bằng trị trung bình của một độ phản xạ phổ của toàn bộ khu vực nằm trong phạm vi của pixel được ghi trực tiếp nhờ bộ cảm biến. Còn đối với ảnh số được chuyển hoá từ ảnh tương tự thì được thu nhận thông qua việc đo mật độ quang học khi lượng tử hoá. Độ lớn của pixel được gọi là độ phân giải của ảnh số, kích thước pixel càng nhỏ thì độ phân giải của ảnh số càng cao. Ta có thể thu được ảnh số nhờ các thiết bị số hoá, cụ thể là máy quét ảnh. Quá trình số hoá bao gồm hai vấn đề quan trọng đó là định mẫu ảnh và lượng tử hoá hình ảnh, hay có thể nói rằng: Quá trình số hoá ảnh tương tự = Quá trình định mẫu + Quá trình lượng tử hoá. Quá trình định mẫu ảnh được sử dụng để tạo ra sự rời rạc hoá không gian hình học liên tục của ảnh. Thông thường nó được thực hiện nhờ hệ thống quang học với kích thước nào đó đã được chọn chuyển động dọc theo đường quét trên tấm ảnh, cũng tại thời điểm đó nó tiến hành đo, ghi (thời gian đã được quyết định trước hoặc độ dài của bước nhảy) phản xạ hoặc bức xạ giá trị độ đen của từng vùng với đối tượng tương ứng. Quá trình lượng tử hoá được sử dụng để tạo ra sự rời rạc không gian độ đen liên tục của ảnh. Lượng tử hoá có thể thực hiện bằng hai phương pháp là tuyến tính hoặc không tuyến tính . Theo phương thức tuyến tính, công thức lượng tử hoá có thể biểu diễn dưới dạng sau: Imin Imax I1 I2 M bậc N bậc N bậc N-1 N-1 IA Hình 1 Hình 2 Lượng tử tuyến tính Lượng tử không tuyến tính I = Trong đó: N- là thang cường độ (bậc độ đen) lượng tử hoá và thường từ 0á255. Imax, Imin: Là giá trị cường độ cực đại và cực tiểu trong định mẫu ảnh. Lượng tử hoá cho ta các giá trị độ xám tại vị trí được số hoá (lấy mẫu) thành các mức độ xám với khoảng nhảy bằng nhau. I = aM Với m là mức độ xám hay còn gọi là độ dài từ mã.Thường ở ảnh tương tự m = 8. Với a là cơ số mã hoá tức là số ký hiệu được dùng để mã hoá.Trong điện tử chỉ có 2 ký hiệu 0 và 1 do vậy a=2. Ngoài ra, ảnh số có thể thu nhận trực tiếp nhờ hệ thống Sensor đặt trên các thiết bị bay. Phương thức thu trực tiếp này được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám như là hệ thống MSS, TM đặt trên vệ tinh Landsat của Mỹ hoặc hệ thống CDD đặt trên vệ tinh Spot của Pháp. ảnh số được tạo ra bằng 3 phương pháp: + Quét ảnh tương tự thông qua máy quét. + Chụp ảnh bằng máy chụp ảnh số. + Quét trực tiếp bề mặt trái đất bằng bộ cảm Sensor (ảnh vệ tinh ) 2.2. Độ phân giải ảnh số Tư liệu đầu vào của công nghệ đo vẽ ảnh số là ảnh số. ảnh số có thể nhận được từ các máy quét CAKTS , hoặc được số hoá từ ảnh tương tự qua quá trình quét ảnh. Trước khi quét ảnh phải chọn độ phân giải cho phù hợp với các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật. Nếu quét ảnh với độ phân giải quá cao sẽ dẫn tới chi phí cao về thời gian quét ảnh, thời gian xử lý ảnh để thành lập bản đồ, nhưng ngược lại quét ảnh với độ phân giải thấp quá thì bản đồ thành lập ra khó đảm bảo độ chính xác. việc lựa chọn độ phân giải quét ảnh phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau. + Độ chính xác đo độ cao trong đo vẽ lập thể. + Tỉ lệ bản đồ địa hình cần thành lập. + Tỉ lệ ảnh dùng để đo vẽ. + Độ phân giải của ảnh gốc. Sau đây là một số công thức dùng để xác định độ phân giải quét ảnh trong việc thành lập bản đồ địa hình bằng công nghệ đo ảnh số ở một số đơn vị sản xuất và nghiên cứu ở nước ta. + Công thức tính độ phân giải quét ảnh của hãng Intergraph. Px Ê 100() Trong đó: Px : Là kích thước của pixel ( độ phân giải quét ảnh ). M : Là mẫu số tỷ lệ bản đồ cần thành lập. ma : Là mẫu số tỷ lệ ảnh hàng không dùng để thành lập bản đồ. Để thành lập bản đồ địa hình, cục bản đồ Bộ Tổng tham mưu xác định độ phân giải quét ảnh theo công thức. Px ≤ mh Trong đó: Px : Là kích thước của pixel (độ phân giải quét ảnh ) b : Là đường đáy ảnh. mh : Là sai số trung phương xác định độ cao đường bình độ cơ bản thể hiện trên bản đồ địa hình. Hiện nay, phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị kỹ thuật chụp ảnh hiện có, vật liệu chụp ảnh sử dụng, thiết bị quét ảnh và đặc điểm của các điều kiện địa lý tự nhiên… Các nước trên thế giới sử dụng các công nghệ khác nhau để lựa chọn độ phân giải quét ảnh. + ở Cộng Hoà Liên Bang Nga và các nước SNG, độ phân giải Px được chọn. Px =. VS Với: k là hệ số quy giảm mức độ chi tiết trong quá trình quét ảnh, hiện nay k thường chọn từ 1 á 3. ma, M mẫu số tỷ lệ ảnh gốc và mẫu số tỷ lệ bản đồ cần thành lập. VS : là sai số trung phương vị trí mặt bằng. Khi đo vẽ lập thể, để đảm bảo độ chính xác độ cao, độ lớn của pixel được tính. Px = .VZ VZ : là sai số trung phương độ cạo. Phụ thuộc vào độ phân giải của ảnh gốc, độ phân giải nhỏ nhất chọn được ở trên có ý nghĩa khi Px quét ảnh, so với khả năng phân biệt RAG phải thoã mãn. Px ³ 2.3. Hệ thống đo vẽ ảnh số Quá trình phát triển của đo vẽ ảnh số có liên quan mật thiết tới quá trình thiết kế chế tạo và khả năng của hệ thống đo vẽ ảnh số. Hệ thống đo vẽ ảnh số được định nghĩa là hệ thống phần cứng và phần mềm để thu thập xử lý và tạo ra các sản phẩm đo vẽ từ ảnh số. Hệ thống đo ảnh số xử lý tư liệu ảnh, bản đồ dưới dạng số, tạo ra các sản phẩm bản đồ số, mô hình số địa hình địa vật, ảnh trực giao và các số liệu liên quan. Các sản phẩm này được lưu trữ trên máy tính, chúng có khả năng hiển thị trên màn hình máy tính, chuyển tải ra máy in và có thể kết hợp với các nguồn thông tin khác trên các hệ thống GIS/LIS… tạo ra khả năng lưu trữ, cập nhật, quản lý và khai thác một cách có hiệu quả, phục vụ không chỉ riêng cho nghành trắc địa bản đồ mà còn phục vụ đắc lực cho các nghành khoa học kỹ thuật khác. Hệ thống đo ảnh số gồm những thiết bị được liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh cho phép thực hiện các chức năng của đo ảnh với mức độ tự động hoá cao. *Cấu trúc của hệ thống đo vẽ ảnh số. + Máy quét. + Trạm đo ảnh số. + Máy in, máy vẽ. 2.3.1.Máy quét Máy quét thực hiện chức năng chuyển đổi dữ liệu ảnh hàng không thành ảnh số và lưu trữ trên máy tính dưới dạng Raster. Mặc dù công nghệ đo vẽ ảnh số đã được áp dụng khá rộng rãi, nhưng trong thực tế công nghệ chụp ảnh vẫn ít thay đổi và đại đa số ảnh hàng không hiện nay vẫn được chụp bằng máy ảnh tương tự dùng phim. Các máy ảnh hàng không hiện đại có thể chụp kích thước 23x23 cm. Tấm ảnh chụp bằng máy chụp ảnh đồng thời qua kính vật máy chụp ảnh được xem là nguồn thông tin nguyên thuỷ, đó là nguồn tin liên tục. Để xử lý thông tin, tấm ảnh đó cần phải tiến hành rời rạc hoá, lượng tử hoá và mã hoá nguồn thông tin liên tục trước lúc đưa vào máy tính điện tử. ảnh hàng không dạng tương tự vẫn còn là môi trường lưu trữ hình ảnh hiệu quả nhất và được dùng phổ biến nhất trong công tác thành lập bản đồ tỷ lệ lớn và trung bình. Do vậy việc chuyển các ảnh tương tự sang ảnh số thực hiện nhờ các máy quét chuyên dụng là vấn đề quan trọng trong công tác đo ảnh số, các máy quét có thể phân loại như sau. a. Máy quét dạng hình trống Các máy quét thông thường được chế tạo ánh sáng đi từ nguồn sáng qua một lăng kính chuyển động, dọc theo trục quay của trống phim đặt trên một mặt trống làm bằng thuỷ tinh và tới ống hai cực. Máy quét hình trống có ưu điểm là cho nhiều độ xám khi quét, tức là có độ phân giải bức xạ cao. Tuy nhiên việc đặt ảnh trên một mặt trống là khá phức tạp và các bộ phận cơ học của máy quét dạng này có độ chính xác hình học hạn chế ( ± 50mm). b. Máy quét dạng đế phẳng Trên máy quét này tấm phim được đặt trên khay phẳng nằm ngang. Bộ phận cảm biến chuyển động tương đối so với mặt phẳng phim theo một trục đo nhất định. Nguồn sáng ổn định được chiếu xuyên qua mặt phẳng phim rồi đập vào bộ phận cảm biến. Máy quét là một thiết bị đầu vào quan trọng của hệ thống đo ảnh số. Trong kỹ thuật xử lý ảnh số hiện nay các dòng quét được bố trí song song với nhau, mỗi dòng quét là một hàm liên tục. Biên độ của hàm biến thiên theo cường độ ánh sáng đi qua những vùng có độ xám khác nhau trên phim. Hàm đó được cắt thành từng mẩu gọi là pixel được gán một mức bằng số nhất định. Ngày nay người ta đã có khả năng phân biệt độ xám trên ảnh thành 256 mức độ xám khác nhau, phép biến đổi này gọi là lượng tử hoá. Như vậy, tại mỗi pixel có toạ độ X,Y xác định vị trí pixel trên tấm phim và độ xám D phản ánh mức độ phản xạ phổ của đối tượng chụp. Kích thước pixel xác định mức độ phân giải của hình ảnh quét, pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng cao và đương nhiên đòi hỏi bộ nhớ lưu trữ thông tin có được trên mỗi tấm ảnh càng lớn. Bảng liệt kê một số loại máy quét chuyên dụng trong đo vẽ ảnh số với các thông số kỹ thuật như: độ chính xác và độ phân giải. Hãng sản xuất Tên máy quét Độ chính xác Độ phân giải Intergph PS1 3 àm 7,5 àm Leica - Helava DSW200 2 àm 4 - 16 àm DSW300 DSW500 Vexcel VX3.000 3 àm 8,5 - 160 àm Wherli RM - 1 5 àm 12 àm Zeiss Intergph SCAI TD 2 àm 7 àm Trong bảng này các máy quét được in đậm như DSW300, DSW500, VX3.000, SCAI, TD có tính năng quét phim cuộn tự động. Các máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh có độ chính xác hình học cao (từ 2 àm đến 5 àm) tương đương với các máy đo giải tích chính xác. Nhiều máy có khả năng quét phim cuộn và phim âm. ảnh mầu có thể được quét 3 lần với 3 kính lọc hoặc dùng CCD mầu. Quét 3 lần mất nhiều thời gian hơn nhưng có sự tách mầu tốt hơn. Một số máy có thể quét 10 bit (1024 thang độ xám). 2.3.2. Trạm đo ảnh số Trạm đo ảnh số là các máy tính điện tử hay các WorkStation có dung lượng lớn, đồng tời có tốc độ xử lý cao. Nó là sản phẩm tuyệt vời của sự kết hợp giữa cơ sở lý thuyết nghành trắc địa với công nghệ tin học để thực hiện các chức năng đo ảnh. Khi so sánh phương pháp đo vẽ ảnh giải tích với phương pháp đo vẽ ảnh số thì ưu điểm lớn của các trạm đo vẽ ảnh số là loại bỏ tất cả các bộ phận cơ học chính xác cao và đắt tiền thường có trong máy giải tích. Lý do là trong đo vẽ ảnh số độ chính xác của các phép đo không còn bị hạn chế bởi các giới hạn vật lý của thiết bị như độ nhạy của các trục vít, bánh răng hoặc các thiết bị mã hoá. Các trạm đo vẽ ảnh số không cần có các kiểm định cơ học, lau dầu mỡ như các máy đo vẽ giải tích. Các thiết bị lưu trữ thông tin lâu dài Bộ xử lý trung tâm Bộ xử lý đồ hoạ Màn hình lập thể có độ phân giải cao Bàn phím Thiết bị đo vẽ lập thể Con chuột Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của trạm đo ảmh số Trạm đo vẽ ảnh số là hạt nhân của hệ thống ảnh số. Nó bao gồm một trạm đồ hoạ với khả năng xử lý ảnh cao. Bộ nhớ, các tính năng hiển thị trong đại đa số trường hợp là hiển thị lập thể và các phần mềm xử lý ảnh. Các trạm đo vẽ ảnh số đóng một vai trò then chốt không chỉ trong việc lấy thông tin từ ảnh mà còn tạo ra các sản phẩm mới cũng như phương pháp mới. Các thế mạnh của công nghệ đo vẽ ảnh số thể hiện rõ rệt nhất trong các trạm đo vẽ ảnh số. So với các máy giải tích thì các trạm đo vẽ ảnh số còn đa năng hơn nhiều. Chúng có thể xử lý nhiều loại ảnh số từ ảnh hàng không chụp từ phim sau đó được quét và ảnh hàng không được chụp từ máy ảnh số cho tới ảnh vệ tinh. Hơn thế nữa, các nhiệm vụ mà trong ảnh giải tích đòi hỏi nhiều máy móc khác nhau và nhiều người thao tác được đào tạo chuyên sâu riêng thì trong ảnh số có thể được thực hiện chỉ trên một trạm đo vẽ và chỉ một người thao tác. Trạm đo ảnh gồm hai phần : Hệ thống phần cứng Phần cứng của một trạm đo vẽ ảnh số bao gồm: Một bộ xử lý CPU mạnh và một bộ nhớ RAM từ 80 MB trở lên để có thể xử lý các file ảnh số lớn thường có trong đo vẽ ảnh số. Các tính năng xử lý phụ như bộ tăng tốc độ đồ hoạ, bảng xử lý tín hiệu số, bộ xử lý mảng để đảm bảo thực hiện nhanh các công việc có khối lượng tính toán lớn như khớp ảnh hay tạo mô hình số địa hình ( DTM ) Bộ nhớ lưu trữ tư liệu lớn: đĩa cứng và thiết bị lưu trữ phải có dung lượng lớn ( nhiều Giga Byte ) để lưu giữ ảnh số. Màn hình màu độ phân giải cao với khả năng nhìn lập thể. Thiết bị đo lập thể ( chuột lập thể ) cho phép định vị tiêu đo chính xác để thực hiện tốt các thao tác như đo điểm hay số hoá các đối tượng. Các trạm đo vẽ ảnh số hiện đại dùng các màn hình có độ phân giải cao để hiển thị hình ảnh, với độ phân giải tối thiểu 1024 x 1024 pixel ằ 1 Mega pixel. đi kèm với độ phân giải cao là yêu cầu về tần số lớn của màn hình để tạo hiệu ứng lập thể, đồng thời tránh được hiện tượng nhấp nháy của màn hình. - Tiêu đo được tạo bởi một nhóm các pixel trên màn hình. Tiêu đo này có thể dịch chuyển theo tổng pixel của màn hình. Nếu tỷ lệ giữa pixel của ảnh và của màn hình là 1/1 thì độ chính xác của phép đo trên mô hình sẽ bằng độ lớn của pixel ( tính theo thực địa). Nếu phóng ảnh lên thì có thể đo được chính xác tới một phần của pixel và khi đó 1 pixel của ảnh được hiện thị bởi nhiều pixel của màn hình. Hệ thống phần mềm. Các giải pháp xử lý dùng trong các trạm đo ảnh số đều dựa trên cơ sỏ các thuật toán về cơ bản giống như phương pháp đo vẽ ảnh truyền thống, chúng đều dùng các cơ sở hình học xạ ảnh của phép chiếu xuyên tâm và các mô hình toán học trên cơ sở điều kiện đồng tuyến và điều kiện đồng phẳng. Sau đây là các Modul phần mềm trong trạm đo vẽ ảnh số có thể chia thành các phần. Thực hiện các chức năng. + Định hướng ảnh. + Tăng dày khống chế ảnh. + Khớp điểm tự động + Thành lập mô hình số địa hình. + Nắn ảnh trực giao. + Đo vẽ mô hình lập thể, nội suy đường bình độ. + Số hoá biên tập bản đồ. Tuỳ thuộc vào phương pháp xử lý và phương pháp sử dụng là đo ảnh đơn hay đo ảnh lập thể mà ta có các bộ Modul xử lý thích hợp. Ví dụ: MICROSTATION: môi trường đồ hoạ. ISPM (ImageStation Photogrametric Manager): Quản lý công việc. ISRU (ImageStation Raster Utility): Trợ giúp các thao tác về ảnh. ISDM (ImageStation Digital Mensuration): Định hướng ảnh, đo ảnh, Xây dựng mô hình lập thể, tăng dày bán tự động. ISSD (ImageStation Stereo Display): Hiện thị, đo vẽ lập thể. ISDC (ImageStation DTM Cllection): Tự động tạo DTM. ISMT (ImageStation Match): Tự động lập mô hình số địa hình. ISFC (ImageStation Feature Collection): Biên tập bản đồ. 2.3.3.Máy vẽ, máy in Có thế chia thành ba loại máy vẽ theo độ chính xác như sau: + Máy vẽ có độ phân giải thấp ( 0.03 mm tương đương 850 dpi trở xuống ). + Máy vẽ có độ phân giải trung bình từ ( 0.02 mm tương đương1270á2540 dpi ). + Máy vẽ có độ phân giải cao ( từ 0.01 mm tương đương với 2540 dpi trở lên ). - Các máy in có thể chia thành các loại sau: + Máy in tĩnh điện. + Máy in phun. + Máy in nhiệt. + Máy in laser. + Máy in phim. 2.4. Một số đặc trưng xử lý ảnh số trong thành lập bản đồ Địa hình Phương pháp đo ảnh số bao gồm các quy trình kỹ thuật chủ yếu sau: 2.4.1.Thu nhận ảnh. Trong phương pháp đo ảnh số, ảnh là nguồn tư liệu cơ bản cung cấp dữ liệu đầu vào cho quá trính xử lý ảnh. Để phục vụ cho qúa trình xử lý ảnh số, khâu đầu tiên cần phải thực hiện là tiến hành số hoá các ảnh tương tự bằng việc quét ảnh trên máy quét ảnh có độ phân giải cao. Khi quét ảnh, một dòng photodiot sẽ quét ngang ảnh (tức là quét theo trục x được quy định là hàng) và cho ảnh với độ phân giải ngang tương đối cao. Kết quả thu nhận được một hoặc nhiều dòng quét song song nhau tạo nên ảnh số. Các thiết bị thu nhận ảnh theo phương thức quét ảnh sẽ cho ra ảnh số trắng đen (ảnh D/W) mật độ từ 400 dpi đến 1200 dpi vói mức màu Z là 0 hoặc 1 Với ảnh đa cấp xám, mức xám biến thiên từ 0 đến 256. Như vậy đối với ảnh màu, mỗi điểm ảnh sẽ được lưu trữ trong 3 bytes theo 3 thành phần màu cơ bản. Do đó một ảnh màu tại mỗi pixel sẽ chứa 28 = 256 lượng tin theo hệ nhị phân. Với ảnh màu có thể có nhiều cách tổ hợp màu để cho ra những ảnh màu giải phục vụ cho các mục đích khác nhau, đặc biệt là trong viễn thám. Yêu cầu cơ bản nhất trong xử lý ảnh số là đưa về dạng biểu diễn số thích hợp, tức là ảnh được biểu diễn bằng một ma trận hữu hạn tương ứng với việc lấy mẫu ảnh trên một lưới rời rạc và mỗi pixel được lượng tử hoá bởi một số hữu hạn bít. Phương pháp chung để lấy mẫu là quét ảnh theo hàng và mã hoá trong hàng. Về nguyên lý, một đối tượng quét sẽ được chiếu sáng liên tục để tạo nên một ảnh điện tử trên tấm ảnh phản quang và có một thiết bị chuyển tín hiệu điện này thành tín hiệu số và ghi nhận lại. 2.4.2. Tăng cường ảnh và khôi phục ảnh Quá trình tăng cường ảnh bao gồm một loạt các kỹ thuật: Lọc độ tương phản, khử nhiễu, nổi màu… Khôi phục ảnh là nhằm loại bỏ các suy giảm trong ảnh. Với một hệ thống tuyến tính, ảnh của một đối tượng có thể biểu diễn bởi hàm sau. g(x,y) = ũũh(x,y,a,b)f(a,b)da .d(b + h(x,y)) trong đó : h(x,y): là hàm biểu diễn nhiễu cộng. f(a,b): là hàm biểu diễn đối tượng. g(x,y): là ảnh thu nhận. h(x,y,a,b): là hàm tán xạ điểm. Nhiệm vụ của khôi phục ảnh là tìm một xấp xỉ của f(a,b). Quá trình khôi phục ảnh được mô tả như sau: Hình 2.2. ảnh biến dạng do nhiễu 2.4.3. Phân tích ảnh Phân tích ảnh liên quan tới việc xác định các độ do định lượng của một ảnh để đưa ra một mô tả đầy đủ về ảnh. Các kỹ thuật được sử dụng trong phân tích ảnh nhằm mục đích xác định biên ảnh. Giai đoạn phân tích ảnh bao gồm: trích chọn các đặc trưng của ảnh, phân đoạn ảnh và phân loại, giải thích. Quá trình phân tích ảnh được mô tả như sau. Hình 2.3. Các bước trong quá trình phân tích ảnh Các đặc trưng của ảnh gồm: Độ xám, phân bố xác suất, phân bố không gian, biên ảnh. Biên là một vấn đề mấu chốt trong phân tích ảnh vì các kỹ thuật phân loại ảnh chủ yếu dựa vào biên. Một điểm ảnh có thể coi là biên nếu ở đó có sự thay đổi đột ngột về mức xám. Tập hợp các điểm biên sẽ tạo thành biên hay đường bao của ảnh. 2.4.4. Nhận dạng ảnh Nhận dạng ảnh là giai đoạn sau quá trình phân tích ảnh và cũng là giai đoạn cuối cùng của hệ thống xử lý ảnh. Nhận dạng là quá trình phân loại các đối tượng được biểu diễn theo một mô hình nào đó gán cho chúng vào những lớp dựa theo những quy luật và các mẫu chuẩn. *Theo lý thuyết nhận dạng ảnh, có ba cách tiếp cận: + Nhận dạng dựa vào phân hoạch không gian. + Nhận dạng theo cấu trúc. + Nhân dạng dựa vào kỹ thuật mạng nơron. Các thuật toán nhân dạng hiện nay sử dụng chủ yếu là hai cách đầu còn cách thứ 3 là dựa vào cơ chế đoán nhận, lưu trữ và phân biệt đối tượng mô phỏng theo hoạt động của hệ thần kinh con người. Trong nhận dạng thường dùng hai loại mô tả lớn, đó là mô tả theo tham số và mô tả theo cấu trúc. Mô hình của đối tượng sẽ được xác định theo cách mô tả lựa chọn. Như vậy sẽ có hai loại mô hình theo tham số và mô hình theo cấu trúc. * Bản chất của quá trình nhận dạng bao gồm 3 giai đoạn: + Lựa chọn mô hình biểu diễn đối tượng. + Lựa chọn quy luật ra quyết định (phương pháp nhân dạng) và suy diễn quá trình giải đoán. + Giải đoán. Khi mô hình biểu diễn đối tượng đã được xác định, có thể là định lượng (mô hình tham số) hay định tính (mô hình cấu trúc), quá trình nhận dạng chuyển sang giai đoạn giải đoán. 2.4.5. Nén ảnh Thông thường dữ liệu ảnh có khối lượng rất lớn. Vì vậy trước khi lưu trữ hay truyền đi trên mạng cần phải giải nén để giảm bớt khối lượng số liệu. Vậy nén dữ liệu là quá trình làm giảm lượng thông tin “ dư thừa’’ trong dữ liệu gốc. Với dữ liệu ảnh, kết quả nén thường là 10 : 1, tức là nếu dữ liệu gốc là 10 thì dữ liệu nén là 1. Ngoài thuật ngữ “ nén dữ liệu ”, do bản chất của kỹ thuật nén, nên nó được gọi là giảm độ dư thừa hoặc là mã hoá ảnh gốc. Tỉ lệ nén là một trong các đặc trưng quan trọng nhất của mọi phương pháp nén. Tỉ lệ nén được định nghĩa như sau: Tỉ lệ nén bằng kích thước dữ liệu thu được sau khi nén/ kích thước dữ liệu gốc Dữ liệu dư thừa là phần dữ liệu không có ích hoặc không nhất thiết phải có để khôi phục ảnh. Có các loại dữ liệu dư thừa sau đây: - Sự phân bố kí tự: Trong mỗi dãy kí tự có một số kí tự có tần suất xuất hiện nhiều hơn một số dãy khác. do vậy ta có thể mã hoá dữ liệu một cách cô đọng hơn để tiết kiệm bộ nhớ. Các dãy kí tự có tần suất cao được thay bởi mã nhị phân với số bit nhỏ, ngược lại các dãy số có tần suất xuất hiện thấp sẽ được mã hoá bằng mã có nhiều bit hơn. Đây chính là bản chất của phương pháp mã hoá Huffman. - Sự lặp đi lặp lại của các kí tự : Trong ảnh số, 1 ký hiệu (bit “ 0” hay “1”) được lặp đi lặp lại một số lần. Kỹ thuật nén được áp dụng trường hợp này là thay dãy lặp đó bằng một dãy lặp mới gồm hai thành phần: Số lần lặp và ký hiệu dùng để mã. Độ dư thừa vị trí: Do sự phụ thuộc lẫn nhau của dữ liệu, đôi khi biết được ký hiệu xuất hiện tại một vị trí, đồng thời có thể đoán trước được sự xuất hiện của các giá trị ở các vị trí khác nhau một các phù hợp. Phương pháp nén dựa trên sự dư thừa này được gọi là phương pháp mã hoá dư đoán. Có nhiều các phân loại phương pháp nén khác nhau: cách thứ nhất dựa vào nguyên lý nén, cách thứ hai dựa vào cách thực hiện nén và cách thứ ba dựa vào triết lý của sự mã hoá. Quá trình nén và giải nén dữ liệu được mô tả theo sơ đồ sau: Hình 2.4 Sơ đồ quá trình nén và giải nén dữ liệu CHƯƠNG 3 Quy trình thành lập bản đồ địa hình Bằng công nghệ ảnh số Khảo sát thiết kế ảnh hàng không Quét phim Tăng dày tam giác ảnh không gian Thành lập DEM/ DTM Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp - Nắn ảnh trực giao - Thành lập bình đồ ảnh Điều vẽ, đo vẽ bổ sung ngoại nghiệp Số hoá địa vật Nội suy đường bình độ Biên tập bản đồ số - Kiểm tra, chỉnh sửa - In ấn, lưu trữ 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình DEM DTM 3.2. Các bước của quy trình công nghệ 3.2.1. Khảo sát thiết kế Mục đích yêu cầu Khi thành lập bản đồ địa hình một khu vục nào đó trước tiên phải tiến hành công tác khảo sát thực đia, thu thập tài liệu, tư liệu trắc địa hiện có trong khu đo. Nghiên cứu lập luận chứng kinh tế – kỹ thuật có trên cơ sở đó để lựa chọn phương án thiết kế tối ưu đảm bảo được các yêu cầu, chỉ tiêu kỹ thuật đồng thời có tính hiệu quả kinh tế cao. Tình hình đặc điểm khu đo Xác định vị trí địa lý khu đo, kinh vĩ độ. Đặc điểm tình hình khu đo. Khí hậu thuỷ văn tình hình kinh tế. Hệ thống giao thông thuỷ lợi trong khu đo. Tính chất thực phủ tại khu vực. Căn cứ vào tình hình tư liệu tham khảo để phân tích đặc điểm tình hình phân bố dân cư, khả năng nguồn lực phát triển kinh tế và sự phát triển xã hội trong khu vực. Tình hình tư liệu. + Tư liệu địa hình. Thu thập các loại bản đồ đã có trong khu vực đo vẽ nằm trong hệ toạ độ,đô cao nào, sản xuất năm nào, độ chính xác của nó, dùng làm tài liệu tham khảo trong công tác thiết kế kỹ lập luận chứng kinh tế – kỹ thuật cho khu đo. + Tư liệu trắc địa: Điểm toạ độ, độ cao nhà nước: Xác định xem khu vực cần thành lập có bao nhiêu điểm tam giác, các điểm độ cao nhà nước từ hạng I đến hạng IV. Sự phân bố của chúng có trên khu vực đo vẽ. Chất lượng mốc có còn tốt không. Khả năng sử dụng các mốc này. Các số liệu về toạ độ, độ cao của các điểm khống chế trắc địa phục vụ công tác đo nối khống chế. 3. Thiết kế kỹ thuật Dựa trên cơ sở khảo sát thực địa khu đo và quá trình Thu thập các tài liệu hiện có. Căn cứ vào các quy phạm thành lập bản đồ địa hình của Cục đo đạc và bản đồ Nhà Nước (nay là Tổng cục Địa chính ) và các văn bản hiện hành, các yêu cầu cụ thể để thiết kế, lập luận chứng kinh tế – kỹ thuật phù hợp cho khu đo. + Chuyển vị trí các điểm toạ độ độ cao Nhà nước lên bản đồ thiết kế + Thiết kế lưới khống chế ngoại nghiệp khu đo. Khi thiết kế lưới khống chế ngoại nghiệp cần chú ý đến đặc điểm địa hình khu vực đo vẽ, khả năng máy móc thiết bị công nghệ hiện có của đơn vị. Trên cơ sở đó đưa ra được phương án tối ưu nhất. Đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật, độ chính xác của bản đồ cần thành lập và hiệu quả kinh tế. 3.2.2. Chụp ảnh hàng không. ảnh hàng không là sản phẩm của quá trình bay chụp, nó là tư liệu gốc ban đầu của đo ảnh, các thông số của ảnh hàng không như: tiêu cự, tỷ lệ ảnh, chất lượng ảnh… ảnh hưởng đến toàn bộ sản phẩm sản xuất sau này. Do đó, trong công tác bay chụp ảnh phải được tính toán kỹ lượng các thông số kỹ thuật cần thiết: Như độ cao bay chụp ( H ), tiêu cự của máy chụp ảnh ( fk) và tỉ lệ chụp ( ma). Nếu chọn độ cao bay chụp lớn làm tỷ lệ ảnh nhỏ dẫn đến khả năng phân biệt địa vật của ảnh bị hạn chế làm giảm bớt khả năng đoán đọc, điều vẽ độ chính xác đo vẽ đường đồng mức, còn khi chọn độ cao bay chụp thấp tỷ lệ ảnh sẽ lớn thì công tác đo dạc lại không đo vẽ được vùng rộng lớn. Để phục vụ tốt công tác đo vẽ lập thể chúng ta phải lựa chọn độ cao bay chụp để thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp lập thể thì độ cao bay chụp được xác định bằng công thức sau: Hmax Ê Trong đó: b: đường đáy ảnh. mh: sai số trung phương cho phép xác định độ cao các điểm ghi chú trên bản đồ. mDp: Sai số đo chênh thị sai ngang. Với cùng một tỷ lệ ảnh, nếu tiêu cự dài sẽ làm tăng độ chính xác vị trí điểm ảnh nhưng góc mở của máy chụp ảnh nhỏ nên hiệu quả kinh tế thấp. Để độ xê dịch vị trí điểm ảnh do địa hình không vượt quá hạn sai cho phép và nâng cao hiệu quả kinh tế thì tiêu cự máy chụp ảnh được xác định như sau. fk = Trong đó: h: độ chênh cao địa hình. r : Là bán kính véc tơ điểm ảnh (khoảng cách từ điểm ảnh đến đáy ảnh) ma: Mẫu số tỷ lệ ảnh. Khi chụp ảnh cần lưu ý góc nghiêng của ảnh không lớn hơn 30 độ nhoè của hình ảnh không vượt quá 0.05 mm, độ tương phản từ 0.5 đến 1.3 Để đảm bảo chất lượng chụp ảnh, thiết bị chụp ảnh phải được kiểm định các tiêu chuẩn kỹ thuật sau + Độ chính xác xác định tiêu cự máy chụp ảnh : 0.02 mm + Độ chính xác xác định toạ độ mấu khung: 0.002 mm + Độ chính xác xác định toạ độ điểm chính ảnh: 0.001 mm Chất lượng phim ảnh phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo đúng quy định phim ảnh bay chụp không nên vượt quá 1- 2 năm trước so với thời điểm đo vẽ thành lập bản đồ. Để nâng cao hiệu ứng lập thể đối với vùng đồi, núi hoặc vùng có địa hình đột biến nhiều, vùng thành phố có nhiều nhà cao tầng cần chọn tiêu cự máy ảnh trung bình hoặc dài, một trong những vấn đề quan trọng là chọn tỷ lệ bay chụp sao cho có hiệu quả kinh tế lớn mà vẫn đảm bảo khả năng nhận biết địa hình, địa vật tốt. Thông thường tỷ lệ giữa ảnh và tỷ lệ bản đồ cần thành lập thay đổi từ 1,5 đến 10 lần tuỳ theo tỷ lệ bản đồ. Tỷ lệ bản đồ càng lớn thì tỷ lệ này càng cao. Trên cơ sở chọn tỷ lệ ảnh sao cho vừa đảm bảo đo vẽ tốt vừa đảm bảo điều vẽ tốt. Chụp ảnh thường với độ phủ p > 60%, q >30%; khi chụp ảnh ở vùng đồi, núi việc dẫn đường bằng mắt gặp nhiều khó khăn, để khắc phục nhược điểm này ngày nay người ta sử dụng hệ thống dẫn đường bằng GPS. So với phương pháp truyền thống thì dẫn đường bay chụp bằng GPS có nhiều ưu điểm nổi trội như bảo đảm tuyến chụp gần đúng thiết kế, giữ được tuyến bay thẳng hàng bảo đảm độ phủ dọc, độ phủ ngang theo quy định, dễ dàng và nhanh chóng tìm được những đoạn chụp hỏng hoặc bị bóng mây khi bay chụp, ngoài ra nó còn xác định được toạ độ không gian Xs, Ys, Zs của tâm chụp. Với những lợi điểm này có thể tiết kiệm được giờ bay và phim ảnh rất đáng kể tạo cho ta nhiều khả năng thuận lợi trong việc tăng dày khống chế ảnh, giảm tối đa khống chế ảnh ngoại nghiệp. Theo quy phạm thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500, 1/1.000, 1/2.000, 1/5.000 của Cục Đo đạc và bản đồ nhà nước xuất bản năm 1990 quy định chọn tỷ lệ bay chụp như sau: Tỷ lệ bản đồ Thành lập Khoảng cao đều Cơ bản ( m ) Tiêu cự máy ảnh ( mm ) Tỷ lệ bay chụp 1 : 5.000 0.5 70 1: 6.500 100 1 :5.500 1.0 70 1 : 12.000 100 1 : 10.000 2.5 70.100 1 : 18.000 70 1 : 20.000 100 1 : 20.000 140 1 : 15.000 5.0 70 1 : 18.000 100.140 1 : 20.000 1 : 2.000 0.25 70 1 : 35.000 100 1 : 30.000 0.5 70 1 : 6.500 100 1 : 5.500 1.0 70 1 : 7.000 100 1 : 10.000 2.5 100 1 : 10.0000 1 : 1.000 0.25 70 1 : 35.000 100 1 : 3.000 0.5 70.100 1 : 3.500 100.140 1 : 3.500 1.0 100.140 1 : 3.500 200 1 : 500 3.2.3. Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp. Điểm khống chế ngoại nghiệp là nhũng điểm được lựa chọn vào những địa vật rõ nét ở vị trí thích hợp trên ảnh và còn tồn tại trên thực địa. Được xác định toạ độ, độ cao trắc địa ở ngoại nghiệp bằng các phương pháp đo nối truyền thống như đo lưới tam giác, lưới đường chuyền... bằng các máy kinh vĩ, máy toàn đạc điện tử, máy điện quang CT5, máy GPS các điểm này có mặt trong lưới khống chế tăng dày được gọi là điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp. Mục đích đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp là phục vụ công tác tăng dày điểm khống chế ảnh trong phòng. việc bố trí điểm, đo đạc ngoài thực địa và đánh dấu trên ảnh gọi là công tác đo nối khống chế ảnh. *Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp có ba loại sau đây: + Điểm khống chế tổng hợp (tức là điểm khống chế ảnh được xác định cả toạ độ mặt phẳng và độ cao). + Điểm khống chế mặt phẳng. + Điểm khống chế độ cao. Yêu cầu đối với điểm khống chế ngoại nghiệp - Yêu cầu về độ chính xác: Điểm khống chế ngoại nghiệp là cơ sở để xác định toạ độ trắc địa của điểm khống chế tăng dày vì vậy độ chính xác điểm khống chế ngoại nghiệp phải cao hơn điểm khống chế tăng dày 1 cấp mnn - Sai số trung bình của toạ độ các điểm khống chế ngoại nghiệp không được lớn hơn 1/ 3 hoặc tối đa là các sai số trung bình cho phép đối với nội dung bản đồ. Yêu cầu vị trí của các điểm khống chế ngoại nghiệp phải được đánh dấu trên ảnh hàng không với độ chính xác ± 0.05 mm đối với bản đồ tỷ lệ lớn. Yêu cầu về số lượng và phương án bố trí điểm Số lượng điểm và phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp phụ thuộc vào phương pháp tăng dày TGAKG và độ chính xác của điểm tăng dày. Ngày nay với những phát triển mới của các phương pháp tam giác ảnh cho phép nâng cao độ chính xác và hiệu quả của công tác tăng dày, nên số lượng điểm khống chế ngoại nghiệp được giảm tối thiểu và phương pháp bố trí điểm cũng rất linh hoạt. Các phương án bố trí điểm: 1- Phương án bố trí điểm KC ảnh ngoại nghiệp cho lưới dải bay ( 1 ) 2- Phương án bố trí điểm KC ảnh 3- Phương án bố trí điểm KC ảnh Ngoại nghiệp tối thiểu cho lưới Ngoại nghiệp tối thiểu cho lưới khối Khối Có sử sụng tâm chụp xác định bằng DGPS ( 2) ( 3 ) Điểm khống ảnh chế tổng hợp Điểm khống chế độ cao 3. Yêu cầu về công tác đánh dấu điểm Khi đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn hoặc đo vẽ những vùng thưa thớt địa vật đặc trưng, người ta thường phải sử dụng hình ảnh của những dấu mốc đặc biệt và đặt trên thực địa ở những vị trí thích hợp trước khi bay chụp để làm điểm khống chế ngoại nghiệp và điểm tăng dày. Để đảm bảo độ chính xác đoán nhận và chọn chích vị trí trên ảnh những dấu mốc này cần phải được tạo nên theo các yêu cầu sau: Quá trình đánh dấu mốc phải được thực hiên trước khi bay chụp. Việc đánh dấu mốc phải thoả mãn yêu cầu sau: Về hình dạng dấu mốc có thể là hình vuông, hình tam giác hoặc hình tròn Về màu sắc phải có màu tương phản với màu nền dễ đoán nhận trên ảnh. Về kích thước dấu mốc thể hiện trên ảnh sao cho có kích thước phù hợp Qua kết quả nghiên cứu và thực nghiệm, người ta thấy rằng dấu mốc hình tròn và có mầu sắc tương phản với nền đặt dấu mốc là thích hợp nhất. Nếu nền đặt dấu mốc là mầu tối thì dấu mốc có mầu trắng hoặc mầu vàng là tốt nhất. Dấu mốc phải có kích thước thích hợp để hình ảnh của chúng trên ảnh có độ lớn khoảng 0.03 á 0.05 mm. Để thoả mãn yêu cầu này, đường kính của dấu mốc có thể xác định theo công thức: d = (m) Trong đó : ma : Mẫu số tỷ lện ảnh Cần đặc biệt chú ý bảo đảm sự ăn khớp về thời gian đặt dấu mốc và thời gian chụp ảnh, vì các dấu mốc thường được xây dung bằng biện pháp đơn giản như: đắp đất, đào hào, phát cây cỏ, đốt cây… nên rất dễ bị tác động của thiên nhiên phá hoại. Các loại dấu mốc thường dùng đánh dấu điểm khống chế ảnh Hình: a Hình: b Hình: c Dấu mốc hình tam giác. Dấu mốc hình tròn. Dấu mốc hìnhvuông Các phương pháp đo khống chế ảnh ngoại nghiệp Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp phục vụ công tác tăng dày khống chế ảnh thường sử dụng các phương pháp sau: * Lưới khống chế măt phẳng: Phương pháp đo tam giác Phương pháp đo đa giác Phương pháp định vi GPS a. Phương pháp tam giác Đây là một phương pháp được ứng dụng từ rất lâu, các thiết bị máy móc chủ yếu là máy đo góc, máy đo xa quang học và các máy toàn đạc điện tử. Công tác tính toán của phương pháp này là dựa vào mối quan hệ hình học trong tam giác để tính chuyển toạ độ từ điểm đã biết đến điểm chưa biết. Tuỳ thuộc vào tình hình thực tế của khu đo cũng như yêu cầu kỹ thuật cụ thể của công trình mà bố trí đồ hình đo nối cho phù hợp. như phương pháp tam giác đo góc, phương pháp tam giác đo cạnh, phương pháp tam giác đo góc cạnh kết hợp. b . Phương pháp đa giác. Phương pháp này cũng là phương pháp truyền thống nhưng có ưu điểm là: Yêu cầu về vị trí điểm đơn giản hơn vì thông thường phương pháp này đồ hình đo nối của mỗi điểm chỉ thông với hai hướng. Ngày nay, khi công nghệ đo xa điện tử ra đời và phát triển thì phương pháp này được ứng dụng rất rộng rãi và cho hiệu quả kinh tế cao. c. Phương pháp định vị GPS Với sự ra đời của hệ định vị toàn cầu GPS không những thuận tiện trong công tác dẫn đường bay chụp, mà còn rất tiện lợi, nhanh chóng và được ứng dụng rộng rãi trong việc xây dựng lưới khống chế trắc địa, đo nối khống chế ảnh đảm bảo độ chính xác cao cho tất cả các điểm khống chế ở mọi tỷ lệ bản đồ cần thầnh lập. * Lưới khống chế độ cao Để xác định độ cao cho điểm khống chế ngoại nghiệp thường sử dụng3 phương pháp chính: - Phương pháp thuỷ chuẩn hình học. Nguyên lý dựa vào tia ngắm ngang mia đứng. Trong phạm vi hẹp coi tia ngắm song song với mặt thuỷ chuẩn và vuông góc với phương dây dọi. - Phương pháp đo cao lượng giác. Nguyên lý dựa vào mối tương quan hàm lượng giác trong tam giác tạo bởi tia ngắm nghiêng, khoảng cách giữa hai điểm và phương dây dọi đi qua điểm cần xác định độ cao. - Phương pháp định vị GPS. Độ cao các điểm trên mặt đất được xác định thông qua số liệu thu được từ vệ tinh và tính toán bằng phần mềm chuyên dụng. Phương pháp thuỷ chuẩn hình học là phương pháp có độ chính xác cao nhất đảm bảo cho việc xác định độ cao của điểm khống chế ảnh. Còn phương pháp đo cao lượng giác và phương pháp GPS được đo kết hợp khi đo xác định cho các điểm khống chế ảnh và độ chính xác thấp hơn. 3.2.4 Quét phim – tạo Project. Quét phim. Trong hệ thống đo ảnh số, nguồn dữ liệu đầu vào yêu cầu phải là ảnh số. ảnh hàng không sau khi chụp cần được số hoá bằng thiết bị máy quét ảnh có độ phân giải cao, khi đó hàm liên tục giá trị độ xám sẽ được rời rạc và lượng tử hoá theo các mức ảnh số sẽ là một ma trận hai chiều mà mỗi phần tử ảnh. Độ phân giải của ảnh càng cao thì chất lượng hình học và bức xạ của ảnh càng cao nhưng ngược lại kích thước của file ảnh càng lớn, thời gian quét lâu và lượng thông tin trên ảnh thừa. Độ phân giải thấp thì không đảm bảo độ chính xác hình học, nhiều thông tin trên ảnh bị mất. Vì vậy việc lựa chọn độ phân giải của ảnh quét cần phải căn cứ vào độ chính xác của bản đồ cần thành lập, tỷ lệ của ảnh và mục đích sử dụng. * Các bước có thể thực hiện như sau - Khởi động máy quét PhotoScan PS1. - Đặt phim vào khay sao cho phần nhũ phim úp xuống dưới. - Đặt các thông số quét như: Độ phân giải, thời gian, độ chói, giá trị gama… - Quét ảnh thử vào bộ nhớ để điều chỉnh biểu đồ độ xám trong khoảng từ 0 á256, định hướng trục quét và vùng quét. - Quét ảnh và ghi lên đĩa. * Lựa chọn độ phân giải ảnh quét Trong khi quét ảnh ngoài việc đảm bảo hình ảnh rõ nét cũng phải cân nhắc chọn độ phân giải quét phim sao cho vừa phải đảm bảo độ chính xác đạt yêu cầu bản đồ cần thành lập, vừa có dung lượng file nhỏ nhất. Để đáp ứng được yêu cầu này thì mối liên hệ gữa kích thước pixel khi quét với tỷ lệ ảnh chụp và với tỷ lệ của bản đồ cần thành lập sẽ được ước tính theo công thức. Pj Ê 100 mm ( Mb/Ma ) Trong đó : Pj : Là kích thước pixel. Mb : Là mẫu số tỷ lệ bản đồ. Ma : Là mẫu số tỷ lệ ảnh. Tuy nhiên để đảm bảo độ chính xác của công tác tăng dày khống chế ảnh nên chọn kích thước pixel nhỏ hơn 30mm và cũng không nên quét phim với khích thước pixel nhỏ hơn 11mm. Vì vậy việc lựa chọn độ phân giải khi quét ảnh là một vấn đề quan trọng có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật. Thu thập thông tin và tạo project Tạo project chính là một trong những công việc phải làm đầu tiên trước khi các ảnh quét có thể hiển thị và xử lý trên trạm đo vẽ ảnh số. Trước khi tiến hành một khu đo vẽ phải tạo môi trường và điêù kiện làm việc cần thiết cho khu đo vẽ đó. Tạo một project chính và làm việc tập hợp và sắp xếp các file dữ liệu cần thiết cho một khu đo trên trạm đo ảnh sau khi đã có các tư liệu. Thông thường tên của khu đo vẽ thường dùng để đặt cho thư mục của project. Trong thư mục này có chứa các file control chứa toạ độ và độ chính xác của các điểm khống chế ngoại nghiệp. Ngoài ra trong thư mục này còn có các file kết quả. Sau khi một project được tạo xong thì hệ quy chiếu, hệ toạ độ, độ cao, lưới chiếu khu đo được thiết lập. Tên công việc và các thư mục, các file trong máy tính dùng để lưu trữ các dữ liệu và kết quả của công việc đó cũng được xác định. Khi tạo một việc thì cần lưu ý trong việc đưa vào hệ thống các thông số kỹ thuật như sau: Các thông số kiểm định của máy ảnh, hệ toạ độ và đơn vị đo, thông số các các tuyến bay, toạ độ và độ chính xác của các điểm khống chế, giới hạn cho sự hội tụ của bài toán bình sai theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất, các thông số giới hạn do người sử dụng quy định. Tăng dày tam giác ảnh không gian Trong phương pháp đo ảnh người ta dựa trên các tính chất hình học cơ bản của ảnh đo, mô hình lập thể và miền thực địa để xây dựng các phương pháp đo đạc trong phòng nhằm xác định toạ độ trắc địa của các điểm khống chế ảnh thay cho phần lớn công tác đo đạc ngoài trời. Công tác này được gọi là công tác tăng dày khống chế ảnh. Công tác tăng dày là khâu quan trọng trong toàn bộ quy trình công nghệ đo ảnh. Sản phẩm nhận được là toạ độ và độ cao trắc địa của các điểm trên từng mô hình. để có được các kết quả này thì ta thực hiện các quá trình sau: Xây dưng mô hình lập thể trên trạm đo ảnh số Xây dựng mô hình lập thể trên trạm đo ảnh số là công đoạn cơ bản và quy định chất lượng của các bước tiếp theo. Công tác này bao gồm các bước: Định hướng trong Theo lý thuyết đo vẽ ảnh thì đây là công việc xác định vị trí không gian tâm chụp S đối với mặt phẳng ảnh. Các thông số định hướng trong bao gôm: x0, y0, f Trong đó: x0, y0 : Là toạ độ ảnh chính 0. f: Là tiêu cự của máy chụp ảnh. Trong phương pháp đo ảnh số tiến hành định hướng trong bằng các đo toạ độ các mấu khung, các mấu khung được hiển thị lên màn hình có độ phóng đại lớn, từ đó có thể đưa tiêu đo chính xác đến các mấu khung. Sau khi đo xong máy tính sẽ tính toán góc xoay của ảnh, các pixel được định vị lại bằng tính toán giải tích so với điểm chính ảnh. Như vậy bản chất của định hướng trong là chuyển đổi hệ toạ độ trong không gian hai chiều từ hệ toạ độ của ảnh quét sang hệ toạ độ mặt phẳng ảnh. Nếu ảnh được quét từ phim chụp thì mối liên hệ này cần phải thiết lập cho từng tấm ảnh một, ở mỗi toạ độ thì các dấu khung có toạ độ trong cả hai hệ và bài toán chuyển đổi hệ toạ độ có thể được thực hiện thông qua việc đo toạ độ pixel của các dấu khung này. Một số mô hình chuyển đổi hệ toạ độ sau có thể được ứng dụng: Chuyển đổi afine (6 tham số) x = a1 + a2xp + a3yp y = b1 + b2xp + b3yp Chuyển đổi Helmirt ( 4 tham số ) x = a1 + a2xp – a3yp y = a4 + a3xp + a2yp Chuyển đổi Projective ( 8 tham số ) x = y = Trong đó: x, y: Là toạ độ mặt phẳng ảnh. xp, yp: Là toạ độ pixel của ảnh số. a1, aj: Là các tham số tuyến tính. Việc chọn mô hình chuyển đổi là tuỳ thuộc vào tính chất hình học của ảnh. Thông thường phục vụ định hướng trong người ta sử dụng thuật toán afine. Quá trình định hướng trong phải thoả mãn quy định kỹ thuật là giá trị sai số trung phương và trọng số đơn vị phải đạt d Ê 0.3 kích thước pixel. Định hướng tương đối Sau khi định hướng trong song, bước tiếp theo là định hướng tương đối mô hình lập thể nhằm xác định mối quan hệ chùm tia của tấm ảnh trái và ảnh phải của một cặp ảnh lập thể. Cụ thể là xác định vị trí tương đối của tấm ảnh này so với tấm ảnh kia của cặp ảnh lập thể thông qua việc đo các điểm định hướng mô hình lập thể là quá trình cho các cặp tia chiếu cùng tên của cặp ảnh giao nhau trong không gian, trên cơ sở hình học cơ bản đó là điều kiện đồng phẳng của hai vectơ điểm ảnh cùng tên trên cặp ảnh lập thể. Quá trình này được thực hiện bằng cách đo tại các điểm phân bố chuẩn trên từng mô hình. Cần đo tối thiểu là 5 điểm (các điểm địa vật có hình ảnh rõ nét, kích thước nhỏ nằm trong phạm vi vị trí chuẩn theo lý thuyết), nhưng trong thực tế thường đo 6 điểm trở lên. Quá trình đo này nhằm khử thị sai dọc trên cặp ảnh. Sau khi định hướng tương đối nếu các giá trị thị sai còn tồn tại đối với tất cả các điểm trong mô hình thì giá trị sai số trung phương trọng số đơn vị của từng cặp ảnh lập thể phải nhỏ hơn 0.3pixel. Liên kết các giải bay Khi hoàn thành định hướng tương đối cho tất cả các mô hình lập thể, cần phải liên kết các mô hình trong cùng một tuyến ảnh. Sau đó cần phải liên kết các tuyến ảnh bằng việc đo các điểm nối nhằm tính chuyển toạ độ không gian đo ảnh của các tấm ảnh trong cả khối ảnh về một hệ toạ độ thống nhất. Để liên kết các dải bay cần có số lượng tối thiểu là 3 điểm nối đối với từng cặp dải bay kế tiếp nhau. Các điểm nối cần phải nằm trong độ phủ tối thiểu là 5 và cũng yêu cầu nằm cách mép ảnh tối thiểu là 1 đến 1,5 cm. Để làm tăng độ tin cậy của việc liên kết dải bay, nên chọn và đo các điểm nối với số lượng lớn hơn 3 điểm (mỗi mô hình nên có ít nhất 1 điểm nối dải bay). Định hướng tuyệt đối Sau khi cặp ảnh lập thể được định hướng tương đối với nhau, mô hình lập thể được xây dựng bằng các điểm giao hội của các điểm tia chiếu cùng tên. Khi định hướng tuyệt đối ta phải sử dụng sơ đồ ghi chú chọn, chích điểm ảnh và chế độ quan sát lập thể đo tất cả các điểm khống chế ảnh có trên mô hình lập thể trong toàn khối. Tránh đo nhầm điểm, không bỏ sót điểm. Quá trình đo các điểm phải đảm bảo không làm phá vỡ kết quả độ chính xác đạt được của các khâu như: Định hướng tương đối của từng mô hình lập thể. Sau khi đo xong máy tự động tính các yếu tố tuyệt đối của cả khối và của từng mô hình. Cho ra các ma trận chứa các pixel của ảnh về vị trí tương ứng với vị trí cần có trên tấm ảnh nằm ngang. Mục đích của định hướng tuyệt đối của mô hình lập thể và của cả khối lưới là: - Quy tỷ lệ (tức là đưa nó về một tỷ lệ nhất định) - Cân bằng mô hình ( tức là định vị hệ toạ độ đo ảnh trong hệ toạ độ trắc địa hay nói cách khác là xoay nó cho trùng với hệ toạ độ trắc địa) Để quá trình này được thực hiện thì phải có đủ số lượng điểm có toạ độ trong hệ toạ độ mặt đất (tối thiểu là 3 điểm trong đó có 2 điểm bao gồm cả toạ độ mặt phẳng và độ cao điểm còn lại chỉ cần một yếu tố độ cao là đủ). Bình sai khối tam giác ảnh không gian Phương pháp xây dựng và bình sai lưới tam giác ảnh không gian trong phạm vi lớn gồm nhiều dải bay và nhiều mô hình được gọi là phương pháp bình sai khối tam giác ảnh không gian. Để bình sai khối tam giác ảnh không gian thường sử dụng các chương trình đã lập sẵn như: Photo-T, PAT-B và các chương trình có tính năng tương đương. Khi bình sai ngoài sử dụng toạ độ của tất cả các điểm khống chế ngoại nghiệp có trong khối mà còn sử dụng số lượng đo thừa của các điểm liên kết mô hình, liên kết các tuyến bay. Hạn sai cho phép: Định hướng trong ± 10 mm Định hướng tương đối ±10 mm Định hướng tuyệt đối và bình sai lưới ±10 mm 3.2.6. Thành lập mô hình số địa hình DTM và mô hình số độ cao DEM. Khái niệm. DEM (Digital Elevation Model) mô hình số độ cao là tập hợp các điểm có độ cao Z và toạ độ X, Y nhằm biểu diễn một bề mặt hoặc một đối tượng nào đó. Trong đo vẽ ảnh hàng không, DEM là mô hình vật lý trên cùng của bề mặt địa hình (độ cao nhà cửa, cây cối…). DTM (Digital Terrain Model) mô hình số địa hình là một trường hợp đặc biệt của DEM trong biểu diễn bề mặt địa hình. Nói cách khác DTM chính là DEM sau khi chỉnh sửa chiều cao cây, nhà cửa… về độ cao mặt đất. Trong đo ảnh số DEM ứng dụng nắn ảnh trực giao còn DTM ứng dụng cho nội suy đường đồng mức. DEM là mô hình số khái quát và biểu diễn bề mặt mặt địa hình trong không gian ba chiều theo các giá trị toạ độ và độ cao. Lưới mô hình số địa hình DTM Lưới mô hình số địa hình Hiện nay tại các trạm đo ảnh số ImageStation của hãng Intergraph thường sử dụng hàm song tuyến (mô hình GRID) và hàm tuyến tính (mô hình TIN) để biểu diễn mô hình số. Hàm song tuyến Đây là một hàm toán học được sử dụng để xây dựng và biểu diễn mô hình GRID trên trạm đo ảnh số ImageStation mà các điểm trên mô hình GRID được sắp xếp theo mạng lưới ô vuông hoặc chữ nhật. Hàm song tuyến thực chất là một đa thức bậc hai giản ước và có dạng sau: Z =a0+a1x+a2y +a3xy Để sử dụng được hàm song tuyến này vào mục đích xây dựng và biểu diễn mô hình số thì kích thước của các ô lưới phải đủ nhỏ và bề mặt địa hình phải được giới hạn. Trong đó được biểu diễn bởi hàm trùng khít cuối bề mặt mô hình đó. - Hàm tuyến tính Hàm toán học này là hàm bậc nhất dùng để xây dựng và biểu diễn mô hình TIN trên trạm đo ảnh số ImageStation đó là dạng mô hình mà các điểm trên mô hình được xắp sếp theo lưới tam giác. Giả sử trên mặt phẳng này xác định được 3 điểm M1 (x1,y1,z1), M2(x2,y2,z2), M3(x3,y3,z3) và một điểm M(x,y,z) thuộc mặt phẳng này thì sẽ tuân theo điều kiện đồng phẳng. ( M1M Ù M1M2 )M1M3 = 0 x-x1 y- y1 z-z1 ị x2-x1 y2-y1 z2-z1 = 0 x3-x1 y3-y1 z3-z1 Đưa về dạng tổng quát ta có: Ax + By + D = 0 Trong đó: A = y2z3 – y2z1 – y1z3 – y3z2 – y1z2 + y3z1 B = x3 z2 - x3 z1 – x1z2 – x2z3 + x2z1 + x1z3 C = x2y3 - x2y1 - x1y3 - x3y2 + x1y2 + x3y1 D = - (x1A + y1B + z1C ) Nếu M nằm trên cạnh của một tam giác mà 2 điểm, trên cạnh tam giác đó đã biết toạ độ thì: Ta có: Nếu các đường đồng mức có độ cao ZM1, ZM2 , ZM3 thì luôn luôn có thể nội suy độ cao Z cho điểm M bằng phương pháp nội suy đường thẳng. Ta có thể đưa ra ưu điểm, nhược điểm đối với từng mô hình trên như sau: Đối với mô hình GRID Để giảm bớt khối lượng số liệu và thuận tiện trong quản lý giữ liệu thường dùng tập hợp độ cao Z1 của các điểm địa hình được bố trí theo khoảng cách đều đặn trên hướng toạ độ x, y để biểu diễn địa hình. Đó là mô hình khối địa hình theo lưới ô vuông. + Ưu điểm: mô hình số theo dạng lưới ô vuông tiêu chuẩn có khối lượng nhỏ nhất và dễ sử dụng, dễ quản lý. + Nhược điểm: trong một số trường hợp nó không biểu diễn chính xác cấu trúc và chi tiết địa hình, như vùng núi có độ chênh cao lớn, các vết đứt dãy địa chất Đối với mô hình TIN Để khắc phục nhược điểm của mô hình GRID trên mô hình số độ cao người ta bổ sung thêm số liệu đặc trưng địa hình như: điểm đặc trưng địa hình, đường phân thuỷ, đường đứt gãy… + Ưu điểm: biễu diễn theo mô hình TIN là có khả năng khái quát được đặc trưng địa hình và biểu diễn những vùng địa hình phức tạp chính xác hơn dạng lưới ô vuông. + Nhược điểm: biểu diễn mô hình theo TIN có số lượng lớn và có cấu trúc phức tạp nên sử dụng và quản lý cũng phức tạp hơn. Hiện nay thì thường kết hợp sử dụng cả hai loại mô hình GRID và TIN. Yêu cầu độ chính xác thành lập mô hình số Độ chính xác mô hình số phụ thuộc vào mức độ lấy mẫu kích thước pixel mật độ các điểm đo trực tiếp trên bề mặt mô hình. Hai nguồn sai số này ảnh hưởng độc lập nhau và ảnh hưởng đến sai số trung phương hoặc độ tin cậy của các dữ liệu được tạo lập với các dữ liệu được tạo lập với các mức độ khác nhau. Trong thực tế việc xác định sai số độ cao được biểu diễn bởi sai số trung phương tại các điểm kiểm tra. Độ chính xác mô hình số độ cao phụ thuộc vào: Chất lượng hình ảnh, độ phân giải ảnh quét. Độ chính xác tăng dày khối ảnh. Độ chính xác và mức độ chi tiết các yếu tố đặc trưng địa hình. Khoẳng cách giữa các điểm mắt lưới. c .ứng dụng Mô hình số DTM/DEM có phạm vi sử dụng rộng rãi trong công tác trắc địa, có thể sử dụng đo vẽ địa hình (vẽ đường bình độ) lập bản đồ gốc, bản đồ trực ảnh, làm mới bản đồ … Trong trắc địa công trình, mô hình số địa hình tính khối lượng đào đắp và thiết kế tuyến … Trong quân sự luyện tập chiến đấu trên mô hình số DEM. Ngoài ra DTM/DEM còn nhiều ứng dụng trong viễn thám, trong quy hoạch và quản lý đất đai trong dự đoán lũ lụt và các tai biến về môi trường. 3.2.7. Nắn ảnh trực giao - thành lập bình độ ảnh Nắn ảnh trực giao Sau khi có mô hình số độ cao ta tiến hành nắn ảnh, ảnh nắn phải đảm bảo chất lượng hình ảnh và độ chính xác về vị trí mặt bằng như quy định của quy phạm. Cũng như các phương pháp nắn ảnh khác, phương pháp nắn ảnh số có nhiệm vụ biến đối hình ảnh trên ảnh nghiêng thành hình ảnh tương ứng trên ảnh trực giao chiếu và có tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ bản đồ. Khác với phương pháp nắn ảnh quang cơ và nắn ảnh giải tích, phương pháp nắn ảnh số thực hiên nhiệm vụ nắn ảnh thông qua kỹ thuật nắn ảnh phổ biến hình ảnh gốc theo phép chiếu xuyên tâm được số hoá thành hình ảnh trực chiếu. Quá trình biến đối này đựơc thực hiện đối với từng điểm ảnh hoặc đối với từng phần tử ảnh được gọi là pixel. Cơ sở toán học của phương pháp nắn ảnh số được xây dựng trên quan hệ phối cảnh giữa ảnh gốc và ảnh nắn được biểu diễn bằng các hàm sau: Đối với vùng bằng phẳng ta sử dụng phương pháp nắn ảnh phối cảnh. x=jx(X,Y) X=Ưk(x.y) y=jy(X,Y) Y=Ưk(x,y) trong đó: x,y: Là toạ độ điểm ảnh trên ảnh gốc. X,Y: Là toạ độ điểm ảnh trên ảnh nắn. Đối với vùng có chênh cao lớn ta sử dụng DEM là cơ sở hiệu chỉnh sai số trên cao địa hình, chiếu thẳng từng điểm lấy độ cao của DEM là cơ sở. Trong nắn ảnh số trước tiên cần xác định vị trí của pixel tương ứng trên ảnh nắn, sau đó tiến hành nội suy độ xám. do tọa độ điểm ảnh có thể không trùng với tâm pixel của ảnh số hoá nên cần phải nội suy độ xám của điểm ảnh trên cơ sở độ xám của ma trận ảnh số, tức là thực hiện quá trình tái chia mẫu. Có ba phương pháp nội suy tái chia mẫu của điểm ảnh: Phương pháp 1: Sử dụng độ xám cuả pixel lân cận nhất. Phương pháp 2: Nội suy song tuyến. Phương pháp 3: Nội suy theo hàm bậc ba (nội suy từ 16 pixel). Nên tính theo sự tăng dày của độ chính xác thì phương pháp thứ 3 là phương pháp cho độ chính xác cao nhất, mặc dù khối lượng tính toán nhiều nhưng vẫn được sử dụng trong nắn ảnh trực giao trên trạm đo ảnh số của hãng Intergraph. Kiểm tra tiếp biên ảnh nắn Công việc này bao gồm các công việc chính: Kiểm tra vị trí tăng dày trên ảnh nắn và sau đó kiểm tra tiếp biên ảnh nắn. Dùng phần mềm IRASC hoặc MGE/Base Imagery để kiểm tra vị trí của điểm khống chế tăng dần và kiểm tra tiếp biên các tờ ảnh nắn. Sau đó chọn các đối tượng rõ nét trong toàn bộ độ phủ giữa các tấm ảnh nắn để xác định sai số tiếp biên giữa chúng và đối chiếu hạn sai của quy phạm. Cắt, ghép ảnh theo mảnh bản đồ Sau khi từng tấm ảnh được nắn riêng biệt để có được một khối ảnh liền kề nhau ta phải tiến hành ghép chúng lại gần với nhau. Các ảnh muốn ghép được với nhau phải có độ phủ lên nhau và có cùng độ phân giải, phải điều chỉnh độ tương phản giữa các tấm ảnh trong toàn bộ khu chụp cho phù hợp. Sau đó dùng phần mềm (MIB, IRASC) thực hiện ghép các tấm ảnh với nhau. Công tác cắt ảnh trong ảnh số cũng được thực hiện với các điều kiện tương tự như điều kiện cắt ảnh quang cơ. Ta có thể cắt theo toạ độ khung lưới chiếu bản đồ cần thành lập hoặc cắt theo khu vực cần lựa chọn, vùng ảnh đã cắt sẽ được lưu giữ trên máy tính bằng các file số liệu. Mảnh bản đồ sau khi cắt ghép phải thoả mãn điều kiện. - Thông tin trên ảnh phải bảo lưu tối đa. - Hài hoà độ sáng, độ tương phản. 3.2.8. Điều vẽ, đo vẽ bổ sung ngoại nghiệp Sử dụng bình đồ ảnh, ảnh đơn làm cơ sở để tiến hành điều tra thực địa, thực chất đây là công tác điều vẽ ảnh. Căn cứ vào hình ảnh có trên ảnh tiến hành đối soát xác minh các yếu tố địa vật có trên ảnh với thực địa. Điều vẽ bổ xung các yêu tố mà nội nghiệp không giải quyết được, đồng thời xoá đi những yếu tố địa vật có trên ảnh nhưng ngoài thực địa không còn tồn tại. Đối với những khu vực ảnh bị loá, bị bóng mây che khuất hay những địa vật xuất hiện sau thời gian chụp ảnh. Cần phải đo vẽ bù địa vật này đồng thời xác minh tính chất, định tính, định lượng của các yếu tố địa vật ghi lại các thông tin cần thiết phục vụ công tác nội nghiệp. 3.2.9. Nội suy đường bình độ. Trên cơ sở mô hình địa hình và khoảng cao đều đã được xác định ta có thể tiến hành nội suy các đường bình độ và khoảng cao đều đã xác định. Sau đó tiến hành làm trơn các đường bình độ sau nội suy. Làm trơn đường bình độ bằng cách loại bỏ các điểm thừa mà không ảnh hưởng đến hình dáng và độ chính xác của địa hình. Dựa trên cơ sở của thuật toán là một điểm nằm giữa hai điếm sẽ bị loại bỏ nếu độ dài đường vuông góc hạ từ điểm đó đến đường thẳng nối giữa hai điểm còn lại nhỏ hơn một giá trị cho trước. Làm trơn đường bình độ bằng cách xác định lại vị trí của điểm tạo nên đường bình độ sẽ được xác định lại bằng cách lấy giá trị trung bình của chính nó với các điểm lân cận. Làm trơn đường bình độ bằng cách xác định một đường cong đi qua các điểm thuộc đường bình độ sao cho sự sai khác là ít nhất. Làm trơn đường bình độ bằng cách loại bỏ các đỉnh nhọn. Sau khi làm trơn đường bình độ tiến hành kiểm tra và chỉnh sửa xác định đường bình độ cái và ghi chú độ cao. 3.2.10. Số hoá địa vật. Sau khi đã có ảnh nắn trực giao và kết quả điều vẽ, đo vẽ bù ngoại nghiệp ta tiến hành công tác số hoá bằng các phần mềm MicroStation. Quá trình số hoá các đối tượng được thể hiện bằng ký hiệu, màu sắc, lực nét, kích thước, font chữ…theo đúng quy phạm hiện hành và được phân thành 7 lớp đối tượng: Lớp cơ sở toán học, lớp địa hình, lớp dân cư, lớp giao thông, lớp thuỷ lợi, lớp ranh giới hành chính, lớp thực vật. Thể hiện đối tương số hoá ở dạng đường, dạng điểm hoặc dạng vùng. ngoài ra còn có thành phần ký tự để thể hiện nhãn hoặc ghi chú thuyết minh. Lớp cơ sở toán học bao gồm: Khung bản đồ, lưới Km, điểm khống chế trắc địa nhà nước và các nội dung liên quan Lớp dân cư bao gồm: các đối tượng kinh tế - xã hội Lớp địa hình bao gồm: các yếu tố dáng đất, chất đất, các điểm độ cao Lớp thuỷ hệ bao gồm: các yếu tố thuỷ văn và các yếu tố liên quan Lớp giao thông bao gồm: hệ thống đường xá và các yếu tố liên quan Lớp ranh giới bao gồm: Đường biên giới quốc gia, địa giới hành chính các cấp, các ranh giới khu vực cấm khu bảo tồn thiên nhiên… Lớp thực vật bao gồm: Rừng cây tự nhiên, các cây trồng nông nghiệp, công nghiêp… Để tiện cho việc lưu trữ và khai thác các dữ liệu một cách dễ dàng thì các tệp tin chứa các đối tượng của từng nhóm lớp phải được đặt tên theo một quy tắc thống nhất. Lớp thông tin (level) và mã đối tượng (code) Trong mỗi tệp tin thì yếu tố nội dung được chia thành các đối tượng. Mỗi tệp tin có 63 lớp tron