Đồ án Quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 bằng ảnh vệ tinh SPOT-5

Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 1 - Lời nói đầu Công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không đã và đang trở thành công nghệ truyền thống ở Việt Nam cũng như trên nhiều quốc gia khác trên thế giới. Từ trước đến nay chúng ta sử dụng ảnh hàng không làm nguồn tư liệu chính và ảnh hàng không đã đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác thành lập bản đồ. Nhưng với đòi hỏi của thực tế hiện nay thì sử dụng ảnh hàng không cho mục đích thành lập hoặc hiện chỉnh bản đồ đã có nhiều hạn chế do tính thời sự của ảnh. Trong những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ đặc biệt là khoa học vũ trụ thì việc ứng dụng công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh vệ tinh ngày càng rộng rãi và đã phát huy được những hiệu quả rất lớn trong việc làm mới nội dung bản đồ. Tuy nhiên, lĩnh vực hiện chỉnh bản đồ trong thực tiễn sản xuất vẫn còn nhiều vướng mắc như vấn đề đa dạng của tài liệu bản đồ gốc hiện có, vấn đề về việc lựa chọn quy trình công nghệ nào để áp dụng cho phù hợp với con người, máy móc trang bị, phần mềm…Thực tế các sản phẩm hiện chỉnh bản đồ đã được đưa vào sử dụng, song số lượng chưa nhiều, chưa đáp ứng được nhu cầu của tất cả các lĩnh vực. Vì vậy đòi hỏi phải đưa ra một quy trình công nghệ hiện để hiện chỉnh bản đồ địa hình trong thời gian ngắn nhất nhưng vẫn đảm bảo được tính kinh tế - kỹ thuật. Để giải quyết tính cấp thiết đó em đã tham gia nghiên cứu đề tài: “Quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 bằng ảnh vệ tinh SPOT-5”. Nội dung chính của đề tài này được trình bày trong bốn chương: Chương 1: Bản đồ địa hình và các phương pháp hiện chỉnh bản đồ địa hình Chương 2: Tư liệu viễn thám và khả năng ứng dụng trong công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 2 - Chương 3: Quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 bằng ảnh vệ tinh SPOT-5 Chương 4: Kết quả thực nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 để hiện chỉnh bản đồ địa hình Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Ths. Trần Trung Anh cùng sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo khoa Trắc địa, bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, các anh chị cán bộ trong Phòng Bản đồ, Trung tâm thành lập và hiện chỉnh bản đồ cơ sở - Trung tâm Viễn thám và cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành cuốn đồ án này. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, thời gian nghiên cứu đề tài có hạn nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, các anh chị cán bộ kỹ thuật và các bạn đồng nghiệp để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 6 năm 2008 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Thắm Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 3 - chương 1 bản đồ địa hình và các phương pháp hiện chỉnh bản đồ địa hình 1.1 Khái niệm về bản đồ địa hình 1.1.1 Khái niệm Bản đồ địa hình (BĐĐH) là hình ảnh thu nhỏ được khái quát hoá một phần hay toàn bộ bề mặt trái đất lên mặt phẳng theo một phép chiếu nhất định (phép chiếu đồng góc, phép chiếu đồng diện tích, phép chiếu đồng khoảng cách…) trong một hệ thống toạ độ, độ cao biểu thị bằng hệ thống kí hiệu phản ánh sự phân bố, trạng thái và các mối quan hệ tương quan nhất định giữa các yếu tố cơ bản của địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội với độ chính xác và mức độ chi tiết phù hợp với tỷ lệ bản đồ cần thành lập. Nó phản ánh các yếu tố nội dung cơ bản như thuỷ hệ, điểm dân cư, mạng lưới giao thông, dáng đất, lớp phủ thực vật, thổ nhưỡng và ranh giới hành chính. Hiện nay BĐĐH được lưu trữ và thành lập với hai dạng cơ bản đó là BĐĐH trên giấy và BĐĐH gốc dạng số: + BĐĐH trên giấy là bản đồ truyền thống, các thông tin được thể hiện và lưu trữ toàn bộ trên giấy dựa trên hệ thống các ký hiệu và ghi chú. BĐĐH trên giấy cho ta thông tin rõ ràng, trực quan, dễ sử dụng cho nhiều đối tượng. Ngày nay BĐĐH trên giấy là sản phẩm được in ấn từ bản đồ địa hình dạng số. + BĐĐH gốc dạng số có nội dung lưu trữ dưới dạng số theo các lớp thông tin trong máy tính. Các thông tin không gian lưu trữ dưới dạng toạ độ (x,y), các thông tin thuộc tính được mã hoá và lưu trữ dưới dạng bảng tính. Bản đồ số địa hình được hình thành trên cơ sở hai yếu tố của công nghệ thông tin là: thiết bị phần cứng và các phần mềm máy tính. BĐĐH dạng số giúp cho công tác quản lý, khai thác cũng như cập nhật các thông tin địa hình dễ dàng hơn, nó cho phép người làm công tác quy hoạch, thiết kế thực hiện trực tiếp trên máy tính một cách chính xác và nhanh chóng. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 4 - 1.1.2 ý nghĩa và mục đích sử dụng của bản đồ địa hình BĐĐH nói chung có ý nghĩa là một nền đồ hoạ về bề mặt trái đất, cho ta khả năng nhận thức bề mặt đó bằng cái nhìn bao quát, tổng quát, đọc chi tiết hoặc đo đếm chính xác. Dựa vào BĐĐH có thể nhanh chóng xác định toạ độ, độ cao của bất kỳ điểm nào trên mặt đất, khoảng cách và phương hướng giữa hai điểm, chu vi, diện tích và khối lượng của một vùng, cùng hàng loạt những thông số khác với độ chính xác phù hợp với tỷ lệ bản đồ. BĐĐH có vai trò rất quan trọng trong các ngành khoa học kỹ thuật và trong công tác quản lý quy hoạch bao gồm: trong xây dựng công nghiệp, năng lượng, giao thông và các công trình khác. BĐĐH có nhiều tỷ lệ và ở mỗi loại tỷ lệ thì ta lại sử dụng với những mục đích khác nhau: + Các BĐĐH tỷ lệ 1:500, 1:1.000, 1:2.000 và 1:5.000 (BĐĐH tỷ lệ lớn) thường được dùng để thiết kế mặt bằng các thành phố, các điểm dân cư, các tuyến đường giao thông, thuỷ lợi; để lập thiết kế kỹ thuật các tuyến đập thuỷ điện; dùng để tiến hành các công tác thăm dò chi tiết và tính toán trữ lượng các khoáng sản có ích, dùng trong các công tác quy hoạch và cải tạo ruộng đồng và dùng để tính toán khối lượng đào đắp, lập mô hình huấn luyện trong quân sự. + Các BĐĐH tỷ lệ 1:10.000 và 1:25.000 (BĐĐH tỷ lệ trung bình) thường dùng trong công tác quy hoạch ruộng đất và làm cơ sở để đo vẽ thổ nhưỡng, thực vật; dùng để thiết kế sơ bộ các công trình thủy nông, dùng trong công tác quản lý ruộng đất, dùng để chọn nơi xây dựng các trạm thủy điện, dùng trong công tác thăm dò địa chất, dùng để chọn các tuyến đường sắt và đường ôtô, dùng trong công tác quy hoạch và cải tạo riêng, dùng để khảo sát các phương án xây dựng thành phố,… + Các BĐĐH tỷ lệ 1:50.000 và 1:100.000 (BĐĐH tỷ lệ nhỏ) thường được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế quốc dân. Chúng thường có những tác dụng sau: dùng trong công tác quy hoạch và tổ chức các vùng kinh tế, dùng để chọn sơ bộ các tuyến đường sắt, đường ôtô và kênh đào giao thông; dùng để nghiên cứu các vùng về mặt địa chất, thủy văn,… Bản đồ tỷ lệ 1:100.000 là cơ sở địa lý để thành lập các bản đồ chuyên đề như bản đồ địa chất, bản đồ thổ Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 5 - nhưỡng và một số bản đồ khác như bản đồ thiết kế bay chụp trong chụp ảnh hàng không. Như vậy, với mỗi mục đích sử dụng BĐĐH nêu trên lại đưa ra những yêu cầu riêng về tỷ lệ, độ chính xác và nội dung của BĐĐH. Khi thành lập BĐĐH phải đảm bảo: bản đồ phải rõ ràng, dễ đọc, cho phép định hướng nhanh chóng ở thực địa. Bên cạnh đó còn phải bảo đảm các yếu tố biểu thị trên bản đồ cần phải đầy đủ, chính xác. Mức độ tỉ mỉ của nội dung bản đồ cần phải phù hợp với tỷ lệ thành lập, mục đích sử dụng và đặc điểm của khu vực đo vẽ. 1.2 Cơ sở toán học của bản đồ địa hình BĐĐH được thành lập trên cơ sở toán học nhất định, cơ sở toán học của bản đồ địa hình bao gồm các yếu tố: tỷ lệ, phép chiếu, sự phân mảnh, hệ thống toạ độ, điểm khống chế trắc địa trên BĐĐH. 1.2.1 Tỷ lệ bản đồ 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. Có 3 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: 1cm trên bản đồ tương ứng với giá trị nhất định theo tỷ lệ. - Thước tỷ lệ: Là hình vẽ có thể dùng nó để đo trên bản đồ khi in, có thể đo khoảng cách, độ chênh cao trên bản đồ. 1.2.2 Cơ sở lưới chiếu BĐĐH hiện nay được thành lập theo phép chiếu UTM (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 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 6 - đó Elipxoid WGS-84 có kích thước: - Bán trục lớn : a = 6378137.0 m - Độ dẹt :  = 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 Greenuyt. 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: XUTM = K0.XG YUTM = K0.(YG -500.000) + 500.000 UTM = G 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 UTM, G 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. 1.2.3 Chia mảnh và đánh số hiệu bản đồ địa hình Việc chia mảnh, đặt phiên hiệu và tên của mảnh BĐĐH thực hiện theo thông tư số 973/2001/TT-TCĐC ngày 20 tháng 6 năm 2001 của Tổng cục địa chính nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường về “Hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN- 2000”. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 7 - Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 nằm trong hệ thống bản đồ địa hình cơ bản của Việt Nam nên sự phân mảnh và đánh số hiệu được quy định cụ thể như sau: Mỗi mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000, mỗi mảnh có kích thước 7’30”7’30”, ký hiệu bằng a, b, c, d theo thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuống dưới. Hệ thống UTM quốc tế không phân chia các mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 và lớn hơn. Phiên hiệu mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 gồm phiên hiệu mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000 chứa mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 đó, gạch nối và sau đó là ký hiệu mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 trong mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000. Ví dụ mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 có phiên hiệu F-48-68-D-d. o o o 7'30'' Luới chiếu UTM múi 6 F-48-68-D-d-2 (múi 3 ) F-48-68-D-d 1: 25.000 7'30'' 1 2 43c d ba 15' 15' F-48-68-D 1: 50.000 F-48-68-D-d 1: 25 000 Luới chiếu UTM múi 6 Hình 1.1: Sơ đồ phân mảnh và đặt phiên hiệu bản đồ địa hình 1.3 Nội dung của bản đồ địa hình Trên mặt đất có rất nhiều yếu tố địa hình địa vật lớn không thể biểu thị nguyên vẹn trên bản đồ, đồng thời có những yếu tố nhỏ nhưng quan trọng mà không thể biểu thị được trong tỷ lệ của bản đồ cần thành lập. Ngoài ra còn có nhiều yếu tố hình dạng giống nhau nhưng bản chất khác nhau; ngược lại có nhiều yếu tố với bản chất giống nhau nhưng hình dạng khác nhau. Vì vậy, để thể hiện tất cả các yếu tố địa vật trên bề mặt Trái đất lên bản đồ cần phải dùng hệ thống ký hiệu bản đồ để biểu thị. Các yếu tố nội dung BĐĐH biểu Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 8 - thị theo quy định của ký hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ tương ứng. Các yếu tố nội dung phải thể hiện trên BĐĐH gồm: 1.3.1 Các yếu tố cơ sở toán học Các yếu tố cơ sở toán học phải thể hiện trên bản đồ gốc dạng số bao gồm: khung mảnh bản đồ và các yếu tố trình bày ngoài khung (trừ phần giải thích ký hiệu); lưới kilômét (bao gồm cả lưới kilômét của múi kề cận nếu mảnh bản đồ nằm trong độ phủ giữa hai múi); lưới kinh, vĩ độ; các điểm toạ độ và độ cao quốc gia còn tồn tại trên thực địa; các điểm toạ độ và độ cao chuyên dụng được sử dụng khi thành lập bản đồ. Trên bản đồ gốc dạng số, vị trí điểm góc khung, độ dài cạnh khung, đường chéo khung bản đồ không có sai số so với giá trị lý thuyết. Vị trí điểm tọa độ quốc gia không có sai số so với giá trị tọa độ gốc. Khi biểu thị độ cao của các điểm khống chế trắc địa trừ trường hợp điểm nằm trên vật kiến trúc, đối với tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000 nếu chênh cao thực tế giữa mặt đất và mặt mốc vượt quá 0,3 m phải biểu thị cả độ cao mặt đất, độ cao mặt mốc và ghi chú chính xác đến 0,1 m. 1.3.2 Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan Các yếu tố phải thể hiện BĐĐH bao gồm biển, đảo, hồ, ao, các loại bãi ven bờ; sông, ngòi, suối, mương, máng, kênh rạch; mạch nước khoáng thiên nhiên, giếng nước và các đối tượng khác có liên quan. Các sông, suối có chiều dài trên bản đồ lớn hơn 1 cm; kênh, mương có độ rộng thực tế từ 1 m trở lên và chiều dài trên bản đồ lớn hơn 1 cm đều phải thể hiện. Khi sông, suối, kênh mương trên bản đồ có độ rộng từ 0,5 mm trở lên phải biểu thị bằng hai nét, dưới 0,5 mm biểu thị bằng một nét theo hướng dẫn của ký hiệu tương ứng. Những sông, suối, kênh mương có chiều dài ngắn hơn quy định trên nhưng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng vẫn phải thể hiện. Các ao, hồ có diện tích trên bản đồ từ 1 mm2 trở lên đối với tỷ lệ 1:10.000 và 1:25.000 và 2 mm2 trở lên đối với tỷ lệ 1:50.000 đều phải biểu thị. ở những vùng hiếm nước, dân cư thưa thớt, các ao, hồ, giếng nước phải thể hiện đầy đủ. Đối với những vùng có mật độ ao, hồ dày đặc được lựa chọn để biểu thị theo nguyên tắc ưu tiên các đối tượng có ý nghĩa quan trọng về kinh Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 9 - tế, văn hóa, xã hội đối với vùng dân cư hoặc có ý nghĩa định hướng. Đối với sông, hồ và bờ biển, khi đường mép nước cách đường bờ trên bản đồ từ 0,3 mm trở lên phải biểu thị cả đường bờ và đường mép nước. Các loại sông suối có nước theo mùa hoặc khô cạn; đoạn sông suối khó xác định chính xác, đoạn sông suối mất tích, chảy ngầm phân biệt để biểu thị theo quy định của ký hiệu. Hướng dòng chảy của các đoạn sông, suối, kênh rạch có ảnh hưởng của thuỷ triều và các sông, suối, kênh rạch khó nhận biết hướng dòng chảy trong phạm vi mảnh bản đồ đều phải thể hiện. Các loại bờ, bãi, đê, đập và các đối tượng liên quan khác của thủy hệ biểu thị theo hướng dẫn của ký hiệu. 1.3.3 Địa hình Địa hình được thể hiện trên bản đồ bằng đường bình độ, hướng chỉ dốc, điểm ghi chú độ cao và các ký hiệu khác; khoảng cao đều của đường bình độ cơ bản phụ thuộc vào độ dốc địa hình và tỷ lệ của bản đồ địa hình. Trên một mảnh bản đồ chỉ thể hiện địa hình bằng một khoảng cao đều cơ bản, khi khoảng cao đều cơ bản không mô tả hết được dáng địa hình thì sử dụng thêm đường bình độ nửa khoảng cao đều. Trường hợp phải biểu thị chi tiết cá biệt của dáng đất phải dùng đường bình độ phụ có độ cao thích hợp. Các điểm ghi chú độ cao phải chọn vào các vị trí đặc trưng của địa hình như đỉnh núi, đỉnh đồi, yên ngựa, các điểm thấp nhất của thung lũng, đáy hố hoặc ở nơi giao nhau của các đường giao thông, nơi hội tụ của sông, suối. Các dạng đặc biệt của dáng đất gồm khe rãnh xói mòn, sườn dốc đứng, sườn đất sụt, đứt gẫy, sườn sụt lở, sườn đất trượt, vách đá, vùng núi đá, lũy đá, đá độc lập, dòng đá sỏi, bãi đá, miệng núi lửa, cửa hang động, địa hình castơ, gò đống, các loại hố, địa hình bậc thang, bãi cát, đầm lầy biểu thị theo quy định của ký hiệu. 1.3.4 Đường giao thông và các đối tượng liên quan Phải thể hiện các yếu tố như: các loại đường sắt, đường ôtô, đường đất lớn, đường đất nhỏ, đường mòn, đường hàng không, đường giao thông thuỷ…và các đối tượng liên quan đến yếu tố giao thông như ga tàu, bến xe, sân bay, bến cảng, cầu, cống, phà, đèo, hầm … Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 10 - Hệ thống giao thông trong vùng dân cư tùy từng trường hợp cụ thể có thể lựa chọn lấy bỏ nhưng phải bảo đảm thể hiện được đặc trưng chung của vùng và tính hệ thống của mạng lưới giao thông. Trên BĐĐH thì mạng lưới đường xá được thể hiện tỉ mỉ về khả năng giao thông và trạng thái của đường. Mạng lưới đường xá thể hiện chi tiết hoặc khái quát tuỳ thuộc vào tỷ lệ bản đồ. 1.3.5 Dân cư và các đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội Các điểm dân cư là một trong các yếu tố quan trọng của BĐĐH, trên bản đồ có các loại dân cư sau đây: các điểm dân cư đô thị (thành phố, thị xã, thị trấn), các điểm dân cư nông thôn (làng, xóm, bản) và các điểm dân cư nông thôn nhưng có kiến trúc kiểu đô thị (thị tứ, khu tập thể, cơ quan, khu công nghiệp…). Các điểm dân cư này biểu thị bằng các ký hiệu nhà độc lập, làng, khối nhà. Đồ hình vùng dân cư và nhà trong vùng dân cư thể hiện theo hướng dẫn của ký hiệu. Đối với vùng dân cư nông thôn phải thể hiện thực phủ nếu độ che phủ của tán cây lớn hơn 20%. Các mảng thực vật, ô đất trống, ô đất canh tác trong khu dân cư có diện tích trên bản đồ từ 4 mm2 trở lên đều phải thể hiện. Tên gọi của vùng dân cư là tên chính thức được quy định trong các văn bản quy phạm pháp luật. Trường hợp văn bản quy phạm pháp luật chưa quy định thì thực hiện theo các văn bản quản lý hành chính của UBND cấp có thẩm quyền. Trên bản đồ phải xác định và biểu thị số hộ của đơn vị hành chính cấp xã. Các đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội được thể hiện theo quy định sau: a) Các đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội có đồ hình vẽ được theo tỷ lệ bản đồ phải thể hiện đầy đủ. b) Các đối tượng không vẽ được theo tỷ lệ bản đồ thì chọn lọc để biểu thị, ưu tiên những đối tượng có ý nghĩa quan trọng về kinh tế, văn hóa, lịch sử đối với vùng dân cư hoặc có ý nghĩa định hướng. c) Ghi chú tên gọi đối với các đối tượng có tên khi độ dung nạp của bản đồ cho phép. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 11 - Đối với các tuyến đường dây, chỉ thể hiện những đường dây truyền tải điện lớn có ý nghĩa liên vùng, quốc gia. Các loại đường dây khác thể hiện khi có yêu cầu. Các loại đường ống dẫn trên BĐĐH thể hiện theo quy định của ký hiệu. Thành lũy và tường rào biểu thị theo quy định của ký hiệu. 1.3.6 Thực vật Trên bản đồ phải thể hiện các loại thực vật tự nhiên (rừng tự nhiên, rừng thưa cây rải rác, rừng cây bụi…) và cây trồng (cây trồng thân gỗ, cây trồng thân dừa - cọ, cây trồng thân bụi, cây trồng thân dây và cây trồng thân cỏ) theo phân loại và quy định của ký hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ tương ứng. Các vùng thực vật có diện tích từ 15 mm2 trên bản đồ phải phân biệt để biểu thị theo quy định của ký hiệu. Trường hợp trên diện tích đo vẽ có nhiều loại thực vật cần phải phối hợp để biểu thị thì cho phép phối hợp không quá 3 loại thực vật đặc trưng nhất. Đối với rừng hỗn hợp chỉ biểu thị hai loại cây chính mà mỗi loại chiếm tỷ lệ từ 40% trở lên. Các cây và cụm cây độc lập chỉ biểu thị khi có ý nghĩa định hướng. Ranh giới thực vật đối với tỷ lệ 1:25.000 không cần phân biệt. 1.3.7 Biên giới quốc gia, địa giới hành chính Ranh giới hành chính các cấp được thể hiện theo nguyên tắc chung là phải vẽ theo tài liệu chính thức của Nhà nước đã được công bố. Biên giới quốc gia lấy theo tài liệu của Ban Biên giới (Bộ Ngoại giao). Ngoài đường biên giới quốc gia trên các bản đồ địa hình còn phải biểu thị các địa giới của các cấp hành chính các cấp theo đúng và thống nhất với các tài liệu pháp lý của nhà nước về biên giới và địa giới hành chính. Trường hợp các cấp địa giới trùng nhau thì thể hiện địa giới hành chính của cấp cao nhất. Ranh giới các khu cấm, ranh giới sử dụng đất, ranh giới thực vật khi biểu thị phải khép kín. Những tường rào kiên cố ổn định ngoài vùng dân cư, bao quanh vùng dân cư, bao quanh các khu vực lớn (nhà máy, xí nghiệp, các khu chế xuất, bến cảng, sân bay…) phải phân biệt để thể hiện, khi thể hiện có lựa chọn lấy bỏ. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 12 - 1.3.8 Ghi chú địa danh và các ghi chú cần thiết khác Ghi chú địa danh trên bản đồ thực hiện theo quy định của pháp luật, trường hợp văn bản quy phạm pháp luật chưa quy định thì thực hiện theo các văn bản quản lý hành chính của UBND cấp có thẩm quyền. Ghi chú tên, ghi chú giải thích, ghi chú số liệu và các ghi chú khác trên bản đồ thực hiện theo quy định của ký hiệu và quy định kỹ thuật số hóa bản đồ địa hình tỷ lệ tương ứng. Như vậy, ta thấy rằng BĐĐH đã sử dụng hệ thống ký hiệu để thể hiện tất cả các yếu tố địa vật trên bề mặt Trái đất; với mỗi tỷ lệ khác nhau thì độ lớn, kích thước của các ký hiệu cũng khác nhau. Với hệ thống ký hiệu thể hiện trên bản đồ này mà chúng ta có thể sử dụng bản đồ vào những mục đích khác nhau theo yêu cầu của người sử dụng. 1.4 Độ chính xác của bản đồ địa hình Độ chính xác của BĐĐH được quy định theo quyết định số 15/2005/QĐ-BTNMT ngày 13 tháng 12 năm 2005 về “Quy định kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000 và 1:50.000 bằng công nghệ ảnh số” của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường cụ thể với bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 như sau: - Sai số trung phương của vị trí địa vật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí điểm khống chế ngoại nghiệp gần nhất tính theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập không vượt quá các giá trị sau đây: 0,5 mm khi thành lập bản đồ ở vùng đồng bằng, vùng đồi và 0,7 mm khi thành lập bản đồ ở vùng núi và núi cao. - Sai số trung phương độ cao của đường bình độ, điểm đặc trưng địa hình, điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ gốc so với độ cao điểm khống chế độ cao ngoại nghiệp gần nhất tính theo khoảng cao đều đường bình độ cơ bản không vượt quá các giá trị trong bảng sau: Khoảng cao đều đường bình độ cơ bản Sai số trung phương về độ cao 1:10.000 1:25.000 1:50.000 1 m 1/4 2.5 m 1/3 1/3 5 m 1/3 1/3 1/3 10 m 1/2 1/2 20, 40 m 1/2 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 13 - Đối với khu vực ẩn khuất và đặc biệt khó khăn các sai số trên được phép tăng lên 1,5 lần. - Sai số trung phương vị trí mặt phẳng của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ so với vị trí điểm toạ độ quốc gia gần nhất sau bình sai tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập không vượt quá 0,1 mm ở vùng quang đãng và 0,15 mm ở vùng ẩn khuất. - Sai số trung phương độ cao của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ sau bình sai so với độ cao của điểm độ cao quốc gia gần nhất không vượt quá 1/10 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản ở vùng quang đãng và 1/5 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản ở vùng ẩn khuất. 1.5 Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình Các phương pháp thành lập BĐĐH được thể hiện trong hình 1.2, trong sơ đồ đó ta thấy rằng có nhiều phương pháp khác nhau để thành lập BĐĐH. Bản đồ địa hình được thành lập bằng các phương pháp sau: 1.5.1 Đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa Phương pháp này có ưu điểm là đảm bảo độ chính xác rất cao cho từng điểm đo và dùng cho công tác thành lập BĐĐH tỷ lệ lớn. Tuy vậy, phương pháp này cũng có những nhược điểm đó là: để đảm bảo độ chính xác thì mật độ điểm đo trực tiếp ngoài thực địa phải lớn, do đó thời gian làm việc trực tiếp ngoài thực địa kéo dài. Bên cạnh đó phương pháp đo lại bị ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, của các vật cản hạn chế tầm thông hướng và phải khắc phục những khó khăn vất vả do địa hình phức tạp gây ra. Do vậy, năng suất lao động và hiệu quả kinh tế không cao, hạn chế khả năng ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật khác vào công tác đo vẽ. Chính vì các lý do cơ bản nêu trên mà phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa thường được áp dụng vào những khu vực không lớn, chủ yếu để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. 1.5.2 Đo vẽ bằng ảnh chụp Phương pháp này được áp dụng cho những khu vực rộng lớn cần thành lập BĐĐH, đây là phương pháp chiếm tỉ trọng 90% đến 95% số lượng BĐĐH ở nước ta và các nước tiên tiến. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 14 - Trên ảnh chụp hầu hết các địa vật đều có mặt nên khối lượng công việc xác định toạ độ của các địa vật được giảm nhẹ. Thành lập BĐĐH có thể được tiến hành theo phương pháp đo ảnh đơn hoặc phương pháp đo ảnh lập thể: + Đo ảnh đơn thường gọi là phương pháp đo vẽ phối được sử dụng chủ yếu khi thành lập bản đồ vùng bằng phẳng có độ chênh cao địa hình không lớn nhằm bảo đảm cho sai số vị trí điểm do độ lồi lõm địa hình gây ra không vượt quá hạn sai cho phép. Như vậy, đo ảnh đơn áp dụng cho thành lập BĐĐH có hiệu quả ở vùng có địa hình khá bằng phẳng với yếu tố địa hình được đo trực tiếp ngoài thực địa. Phương pháp này có hạn chế là công tác ngoại nghiệp tương đối nhiều. Hình 1.2: Sơ đồ các phương pháp thành lập bản đồ địa hình + Đo ảnh lập thể: Phương pháp này có khả năng khái quát địa hình tốt hơn so với các phương pháp khác. Nhờ các thiết bị hiện đại như các hệ thống đo vẽ ảnh số, phương pháp lập thể thoả mãn độ chính xác của các loại tỷ lệ bản đồ từ 1:2.000 và nhỏ hơn. Phương pháp lập thể có ưu điểm nhất khi được Đo vẽ bằng ảnh chụp Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình Đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa Đo ảnh đơn Biên tập từ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn Phương pháp toàn đạc Phương pháp bàn đạc Đo ảnh lập thể Phương pháp tương tự Phương pháp giải tích Phương pháp đo ảnh số Phương pháp phối hợp trên ảnh nắn Phương pháp phối hợp trên bình đồ ảnh Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 15 - sử dụng để thành lập BĐĐH ở những vùng có địa hình khó khăn phức tạp (ví dụ như vùng núi cao, địa hình chia cắt nhiều, khu núi đá,…). 1.5.3 Phương pháp biên tập Thường sử dụng phương pháp này để làm mới bản đồ, thành lập các bản đồ tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ, thành lập các bản đồ chuyên đề. Phương pháp này có ưu điểm là rẻ tiền và nhanh chóng. 1.6 Công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình 1.6.1 Sự già cỗi của bản đồ địa hình và sự cần thiết làm mới Với sự thay đổi của thời gian nhiều thay đổi mới trên mặt đất xuất hiện. Ví dụ xuất hiện khu dân cư mới, xuất hiện hệ thống giao thông thuỷ lợi mới, xuất hiện vùng đất bồi, đất lở mới, xuất hiện những rừng mới mọc hoặc hoang mạc hoá. ậ các vùng có công trình đập thuỷ điện sẽ kéo theo hàng loạt các thay đổi liên quan đến sự thay đổi mực nước, điểm dân cư, khu công nghiệp mới v.v.. Các công trình văn hoá, kiến trúc xây dựng mới, những phố xá cũ bị phá đi và thay vào những khu phố hiện đại mới v.v.. Trong khi đó những gì biểu thị trên bản đồ tại một thời điểm đã qua nào đó vẫn giữ nguyên, không thay đổi và trở thành lạc hậu so với sự tiến triển của thực tế do đó cần phải hiện chỉnh bản đồ địa hình. Quá trình già cỗi xảy ra không đồng đều trên mọi khu vực và không đều đặn qua nhiều thời điểm khác nhau. ở đâu có tác động lớn của con người thì ở đó tốc độ già cỗi của bản đồ sẽ lớn. Trái lại các vùng hoang vắng ít có những biến đổi đáng kể. Bản đồ cần làm mới khi nội dung không còn phù hợp với thực địa ở mức độ đáng kể (dưới 40%) và những biến động đó gây khó khăn trong việc sử dụng bản đồ để giải quyết các nhiệm vụ kinh tế, kỹ thuật, khoa học; khi các biến động lớn hơn 40% thì bản đồ đó cần làm lại hoàn toàn. Những nguyên nhân làm bản đồ cũ đi đó là: * Do tác động của con người: Thời điểm thành lập bản đồ luôn cũ hơn so với hiện tại nên các yếu tố nội dung bản đồ đã có sự thay đổi khá nhiều so với thực tế. Nhất là trong giai đoạn hiện nay khi đất nước đang trong giai đoạn tiến hành công nghiệp hoá- hiện đại hoá, phát triển kinh tế thì công tác xây dựng các công trình cơ sở vật chất hạ tầng phục vụ cho kinh tế và đời sống con Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 16 - người ngày càng tăng. Vì tác động này mà bề mặt Trái đất có rất nhiều thay đổi chẳng hạn như hiện nay hàng loạt khu công nghiệp, khu chế xuất, khu đô thị mới được hình thành. Nhiều khu nội thị nội thành được mở rộng. Trong thời gian vừa qua đã có nhiều thay đổi lớn về việc bố trí lại cơ cấu cây trồng nông nghiệp; cùng với việc triển khai trồng mới rừng theo chương trình 327 cũng như tệ nạn phá rừng đã làm cho lớp phủ thực vật có nhiều thay đổi. Chúng ta đang tiến hành xây dựng nhiều nhà máy thuỷ điện: Thuỷ điện Sơn La, thuỷ điện Trị An, thuỷ điện Bản Vẽ… Hệ thống đường giao thông đã có nhiều thay đổi, trong đó có việc nâng cấp và làm mới một số trục đường giao thông quan trọng và các cấp đường liên huyện, liên xã. Kèm theo đó là hệ thống cầu, cống cũng được xây dựng mới… Ngoài ra còn có các nguyên nhân khác như: Sự thay đổi của chính sách quản lý, đường địa giới hành chính chia tách mới, chiến tranh, ô nhiễm môi trường do hoạt động của con người. Chính vì sự thay đổi này mà đây là một trong những nguyên nhân làm bản đồ cũ đi. * Do tác động của tự nhiên: Hiện nay khi thời tiết khí quyển có nhiều thay đổi nên các hiện tượng thiên tai như: bão lụt, xói lở, sa mạc hoá, động đất, núi lửa, sóng thần, hoạt động của dòng chảy…cũng làm biến đổi không những chỉ đối với các đối tượng của lớp phủ mặt đất mà còn cả về diện mạo của địa hình. * Do nhu cầu thay đổi lưới chiếu, thay đổi độ cao chuẩn quốc gia, thay đổi ký hiệu bản đồ. Mà mục đích của hiện chỉnh bản đồ địa hình là làm cho nội dung của bản đồ phù hợp với hiện trạng thực địa và thể hiện trong hệ toạ độ quy định cùng với hệ thống ký hiệu bản đồ hiện hành. Như vậy, khi bề mặt thực địa có nhiều biến đổi thì chúng ta phải thực hiện công tác hiện chỉnh BĐĐH với mục đích cập nhật các thông tin biến đổi lên bản đồ phục vụ cho các mục đích của đời sống xã hội. 1.6.2 Khái niệm chung về hiện chỉnh bản đồ địa hình 1. Khái niệm Hiện chỉnh BĐĐH tức là chỉnh sửa nội dung của bản đồ phù hợp với tình trạng hiện tại của đối tượng bản đồ bằng cách tiến hành những tu sửa có tính chất cục bộ và làm bản in mới của bản đồ. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 17 - Tốc độ “cũ hoá” của bản đồ phụ thuộc vào các điều kiện của khu vực, bản đồ của những vùng mới xây dựng và có sự phát triển mạnh mẽ về nền kinh tế thì sẽ bị cũ hoá nhanh. Việc xác định độ cũ của bản đồ có ý nghĩa rất lớn, nó cho phép xác định được mức độ và khả năng tin cậy còn được sử dụng để đưa ra quyết định bản đồ cần được hiện chỉnh hoặc thành lập mới. Việc đánh giá độ cũ của bản đồ địa hình bằng % có thể được tính toán theo từng yếu tố nội dung của bản đồ: %100. i i i C BA  trong đó: iA là % biến đổi. i là yếu tố nội dung của bản đồ (dân cư, thực phủ,…) B i là số lượng yếu tố biến đổi trong một lớp nội dung của bản đồ. C i là tổng số lượng yếu tố trong một lớp nội dung của bản đồ. Kết quả trung bình biến đổi được tính: n A A iTB  ; n – số lớp nội dung của bản đồ. Hoặc có thể tính mức độ cũ của bản đồ địa hình theo số lượng ô vuông: %100. 21 1 nn n P  Trong công thức trên: 1n là số ô vuông chứa các yếu tố thay đổi, 2n là số ô vuông chứa các yếu tố không có thay đổi. kích thước của ô vuông tuỳ thuộc vào tỷ lệ bản đồ và mật độ thể hiện các yếu tố nội dung để lựa chọn. Thường đối với bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 và lớn hơn thì kích thước của ô vuông là 5x5 cm, còn đối với bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 và nhỏ hơn thì chọn kích thước ô vuông là 2x2 cm. Từ mức độ “cũ hoá” của bản đồ, tỷ lệ bản đồ và yêu cầu của sản xuất có thể đưa ra chu kỳ hiện chỉnh bản đồ hợp lý và tối ưu. ở những khu vực quan trọng đối với việc phát triển sức sản xuất và quốc phòng thì cần làm mới bản Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 18 - đồ sau 6-8 năm, ở các vùng khác từ 10-15 năm. Thường thì BĐĐH tỷ lệ 1:5.000 và lớn hơn, đặc biệt đối với vùng ven đô thị có tốc độ đô thị hoá cao thì thời gian hiện chỉnh cập nhật là 2 đến 3 năm. Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 và nhỏ hơn thì chu kỳ và thời gian hiện chỉnh thường dài hơn. Khi xác định được độ cũ của bản đồ trên cơ sở phân tích đánh giá độ chính xác bản đồ gốc hiện chỉnh, phụ thuộc yếu tố địa hình, mật độ các yếu tố địa vật và số lượng, đặc tính biến đổi bề mặt khu vực hiện chỉnh cùng các tư liệu mới nhất hiện có để có thể lựa chọn phương pháp hiện chỉnh tối ưu. 2. Các hệ thống hiện chỉnh 1. Hiện chỉnh theo chu kỳ Các bản đồ được hiện chỉnh sau một khoảng thời gian nhất định, độ dài của chu kỳ được quy định phụ thuộc vào các nhân tố: cường độ thay đổi, tỷ lệ bản đồ, ý nghĩa của khu vực đối với nền kinh tế quốc dân… Chu kỳ hiện chỉnh dao động trong phạm vi từ 6 đến 15 năm; ở những vùng quan trọng nhất thì sự hiện chỉnh được tiến hành sau 6 đến 8 năm, còn đối với những vùng khác thì là từ 10 đến 15 năm. Hiện nay, đối với các nước tiên tiến trên thế giới, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ thì họ đã thực hiện hiện chỉnh bản đồ địa hình theo chu kỳ 5 năm một lần hiện chỉnh; đối với những vùng đặc biệt có sự thay đổi do tác động của các nhân tố tự nhiên và tác động của con người thì người ta thực hiện hiện chỉnh ngay. 2. Hiện chỉnh thường xuyên Hệ thống hiện chỉnh này ứng dụng đối với bản đồ hàng hải và ứng dụng đối với những vùng đặc biệt quan trọng; để tiến hành hiện chỉnh thường xuyên người ta phải tổ chức hệ thống thu nhận những thông tin về sự biến đổi của khu vực. 1.6.3 Các phương pháp hiện chỉnh Sự thay đổi, biến đổi của các yếu tố địa hình địa vật sau khi BĐĐH thành lập được xác định và lấy từ ảnh hàng không hay ảnh vệ tinh mới chụp, hoặc ta cũng có thể lấy từ các bản đồ có tỷ lệ lớn hơn vừa mới thành lập và khảo sát ngoài thực địa. Dựa vào đặc điểm của thông tin biến đổi của các yếu tố địa hình địa vật Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 19 - cần thiết cho việc hiện chỉnh bản đồ ta có thể sử dụng một trong các phương pháp hiện chỉnh sau: - Hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa. - Hiện chỉnh theo các bản đồ có tỷ lệ lớn hơn mới thành lập hoặc mới hiện chỉnh. - Hiện chỉnh bản đồ theo ảnh hàng không hoặc ảnh vệ tinh. Công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình có thể thực hiện theo quy trình công nghệ như trên hình 1.3. Việc lựa chọn phương pháp hiện chỉnh phụ thuộc vào nhiều nhân tố, chẳng hạn như: tỷ lệ bản đồ, đặc điểm điều kiện tự nhiên, các tư liệu gốc được sử dụng để hiện chỉnh,…, trong thực tế ta thường phối hợp sử dụng cả ba phương pháp hiện chỉnh nói trên. Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình Lập thiết kế kỹ thuật Tư liệu ảnh hàng không (hoặc ảnh vệ tinh) Công tác chuẩn bị, thu thập tài liệu: Phân tích mức độ biến đổi, thiết kế chi tiết đo vẽ nội nghiệp Xử lý đo vẽ ảnh hàng không (ảnh vệ tinh): Tăng dày, nắn ảnh lập bình đồ ảnh. Giải đoán ảnh nội nghiệp và điều vẽ ngoại nghiệp Chỉnh sửa, số hoá, biên tập Kiểm tra kết quả hiện chỉnh Sửa chữa, hoàn thiện bản gốc hiện chỉnh In, giao nộp sản phẩm Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 20 - 1. Phương pháp hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa Phương pháp hiện chỉnh BĐĐH bằng đo đạc trực tiếp ở thực địa được tiến hành bằng các phương pháp đo đạc truyền thống ở khu vực cần hiện chỉnh; khi thực hiện khảo sát ngoại nghiệp toàn bộ khu vực hiện chỉnh ta chỉnh sửa tại thực địa những biến đổi về địa hình và địa vật. Phương pháp này chỉ áp dụng đối với những khu vực không có ảnh hàng không và không có tư liệu bản đồ cần thiết; những khu vực cần hiện chỉnh nhỏ. Phương pháp này đạt độ chính xác cao, có thể chỉnh sửa chính xác cả sự thay đổi về mặt địa hình, thuận lợi cho khu vực hiện chỉnh nhỏ có sự thay đổi, vùng cần hiện chỉnh có địa vật phức tạp, che khuất nhiều, tận dụng những loại máy móc hiện có. Phương pháp này có nhược điểm là đòi hỏi tốn nhiều công sức, thời gian thi công kéo dài, chịu nhiều ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh, kém hiệu quả kinh tế, không thể thực hiện được khi vùng cần hiện chỉnh có địa hình phức tạp khó khăn cho việc tiến hành đo đạc ngoài thực địa. 2. Phương pháp hiện chỉnh theo bản đồ có tỷ lệ lớn hơn mới được thành lập hoặc mới hiện chỉnh Công tác hiện chỉnh tiến hành theo quy tắc biên vẽ BĐĐH tương ứng có tỷ lệ lớn hơn, ở đây ta đánh giá mức độ biến đổi của các phần tử nội dung trên bản đồ cần hiện chỉnh. Có thể dùng các bản đồ thiết kế quy hoạch, bản đồ hoàn công các công trình đã thi công để làm cơ sở hiện chỉnh. Phương pháp này có ưu điểm là được thực hiện nhanh chóng, đạt độ chính xác cao, công việc hiện chỉnh được tiến hành hoàn toàn trong phòng nên được triển khai công việc thuận tiện. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là chỉ thực hiện được ở khu vực cần hiện chỉnh đã có BĐĐH tỷ lệ lớn hơn mới được thành lập hoặc mới hiện chỉnh. Độ chính xác của bản đồ đã hiện chỉnh phụ thuộc vào độ chính xác tài liệu và phương pháp chuyển vẽ. 3. Phương pháp hiện chỉnh bản đồ theo ảnh hàng không và ảnh vệ tinh * Phương pháp hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh hàng không: Phương pháp này được thực hiện bằng cách chỉnh sửa bản gốc hiện chỉnh ở nội nghiệp theo ảnh, sau đó khảo sát kiểm tra ngoại nghiệp. Khi hiện chỉnh bản đồ theo ảnh hàng không có thể tiến hành bằng cách sử dụng các Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 21 - bình đồ ảnh, các tấm ảnh đã nắn, cùng với việc sử dụng bản sao bản đồ gốc trên nền đế trong và các bản sao nâu hoặc đen từ các bản đồ gốc đó. Bình đồ ảnh, bản gốc in hoặc bản sao nét của nó được dùng để hiện chỉnh bản đồ thì được gọi là bản gốc hiện chỉnh. Sau đó các bản gốc hiện chỉnh có thể đóng vai trò bản gốc biên vẽ hoặc bản gốc in. Công nghệ và việc tổ chức các công tác hiện chỉnh bản đồ chỉ được xác định sau khi nghiên cứu cơ sở trắc địa của bản đồ cần hiện chỉnh, những đặc điểm khu vực và những thay đổi đã xảy ra trên đó, chất lượng của các tư liệu ảnh hàng không được dùng để hiện chỉnh. Như vậy, phương pháp này phụ thuộc vào đặc điểm của khu hiện chỉnh từ góc độ đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế khi cần thiết cho phép khảo sát thực địa trước khi điều chỉnh về nội nghiệp, trong trường hợp đặc biệt có thể bỏ qua khâu khảo sát ngoại nghiệp. Đây là phương pháp được áp dụng rộng rãi, đạt hiệu quả kinh tế cao, rút ngắn nhiều thời gian, ít chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh. Bằng phương pháp này ta nhanh chóng xác định được mức độ thay đổi của nội dung bản đồ bằng cách so sánh ảnh hàng không mới chụp với bản đồ cần hiện chỉnh. Tuy nhiên thời gian chụp ảnh hàng không theo từng tỷ lệ khác nhau, và ít nhất cũng phải 5 năm mới tiến hành chụp lại, cho nên cần áp dụng khi khu đo có ảnh hàng không mới nhất nên ảnh hàng không đã cũ thì công tác điều vẽ ngoại nghiệp sẽ phải tăng lên nhiều. * Phương pháp hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh vệ tinh: Về nguyên tắc, phương pháp hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh vệ tinh cũng giống như phương pháp hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh hàng không, để hiện chỉnh ta sử dụng kết hợp bình đồ ảnh vệ tinh và bản đồ gốc cần hiện chỉnh. Với đặc điểm của ảnh vệ tinh là ảnh vệ tinh có độ cao bay chụp lớn (450-20000 km) nên có tầm bao quát rộng lớn, tính tổng quát hoá tự nhiên rõ rệt, đặc biệt là tính thời sự của ảnh vệ tinh là rất cao do chu kỳ chụp lặp ngắn (cỡ 1 lần / 1 tháng). Do vậy mà ảnh vệ tinh có thể cung cấp thông tin về bề mặt Trái đất cho người sử dụng trên một phạm vi rộng ở cùng một thời điểm, cùng một điều kiện thu nhận thông tin; nó cho phép rút ngắn thời gian thu Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 22 - nhận thông tin thành lập bình đồ ảnh. Tuy nhiên, ảnh vệ tinh cũng có nhược điểm đó là độ phân giải của ảnh vệ tinh có độ chính xác về mặt hình học không cao (hiện nay ảnh vệ tinh có độ phân giải tốt nhất mới chỉ đạt 0,6 m), đặc biệt là độ chính xác xác định độ cao thấp. Vì vậy mà ảnh vệ tinh không đáp ứng được cho công tác hiện chỉnh BĐĐH ở tỷ lệ bản đồ lớn, và ở những khu vực phức tạp về địa hình mà chỉ đảm bảo yêu cầu độ chính xác cho hiện chỉnh BĐĐH ở tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ, đặc biệt là hiện chỉnh địa vật. Như vậy ta có thể thấy rằng để hiện chỉnh BĐĐH thì dựa vào các yêu cầu về độ chính xác, điều kiện thực tế hiện có mà lựa chọn phương pháp hiện chỉnh cho phù hợp. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 23 - Chương 2 TƯ LIệU viễn thám và khả năng ứng dụng trong CÔNG TáC HIệN CHỉNH BảN Đồ ĐịA HìNH 2.1 Các khái niệm cơ bản Về VIễN THáM 2.1.1 Định nghĩa Viễn thám được định nghĩa như một khoa học công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Sóng điện từ hoặc được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tư liệu chủ yếu trong viễn thám. Tuy nhiên những dạng năng lượng khác như từ trường, trọng trường cũng có thể được sử dụng để khai thác thông tin. Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm. Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang. Vật mang gồm khí cầu, máy bay, vệ tinh, tầu vũ trụ. Để hiểu về bản chất ảnh vệ tinh chúng ta xem xét sơ đồ thu nhận và xử lý thông tin viễn thám. Hình 2.1 : Sơ đồ hệ thống thu nhận thông tin viễn thám Hệ thống được mô tả theo sơ đồ sau : Môi trường truyền năng lượng Nguồn năng lượng Môi trường truyền năng lượng Đối tượng tự nhiên Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 24 - Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của viễn thám là bề mặt địa hình và sự thay đổi của chúng trên bề mặt Trái đất. Dựa vào tư liệu viễn thám mà con người nghiên cứu được các thay đổi của bề mặt Trái đất mà không cần tiếp xúc trực tiếp với đối tượng mà thông qua hình ảnh của chúng. Hình ảnh của các đối tượng trên bề mặt Trái đất được thu nhận bằng một thiết bị là bộ cảm biến thông qua năng lượng bức xạ hay phản xạ từ các vật thể theo từng bước sóng xác định. Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu nhận bởi bộ cảm đặt trên vật mang, năng lượng này được chuyển thành tín hiệu số và truyền về trạm thu trên mặt đất. Sau khi được xử lý ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ đã xác định (từ cực tím đến hồng ngoại); do đó ảnh viễn thám được gọi là dữ liệu ảnh đa phổ hay đa kênh. Môi trường truyền năng lượng: là khí quyển hoặc nước. ở đây, môi trường truyền năng lượng là khí quyển. Năng lượng truyền qua khí quyển bị khí quyển hấp thụ, tán xạ và phân bố lại năng lượng trong dải phổ chiếu tới đối tượng. Cơ sở dữ liệu của viễn thám là sóng điện từ được phát xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, các đối tượng trên bề mặt trái đất. Bức xạ điện từ truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao động của điện trường và từ trường trong không gian; quá trình lan truyền của sóng điện từ qua môi trường vật chất sẽ tạo ra phản xạ, hấp thụ, tán xạ và bức xạ sóng điện từ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào bước sóng. Sóng điện từ có 4 tính chất cơ bản: bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phân cực. Bốn thuộc tính của bức xạ điện từ liên quan đến các nội dung thông tin khác nhau, ví dụ như tần số hay bước sóng liên quan tới mầu sắc, sự phân cực liên quan đến hình dạng của vật thể và nó phụ thuộc vào thành phần vật chất và cấu trúc của chúng, làm cho mỗi đối tượng được xác định và nhận biết một cách duy nhất. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 25 - 2.1.2 Phân loại viễn thám Công nghệ viễn thám có thể được phân loại theo các tiêu chí khác nhau dưới đây. 1. Phân loại theo thiết bị bay chụp - Viễn thám vệ tinh (hoặc vũ trụ): Sử dụng vệ tinh hoặc tàu vũ trụ mang các bộ cảm. Các vệ tinh quan trắc Trái đất có độ cao quỹ đạo từ 150 km đến 36000 km tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng. - Viễn thám hàng không: Sử dụng các loại máy bay hay khinh khí cầu thực hiện bay chụp ảnh với độ cao từ 100 m đến 40 km tuỳ theo từng bộ cảm và mục đích bay chụp. 2. Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo - Viễn thám vệ tinh địa tĩnh: Tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái đất tức là vị trí tương đối của vệ tinh so với Trái đất là đứng yên. - Viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hoặc gần cực): Vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo và thiết kế sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trùng với giời địa phương và thời gian thu lặp lại là cố định. 3. Phân loại theo nguồn tín hiệu - Viễn thám chủ động: Nguồn tới là tia sáng phát ra từ máy phát đặt trên thiết bị bay, ví dụ như RADAR. Công nghệ này không bị ảnh hưởng của thời tiết. - Viễn thám bị động: Nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên. Công nghệ này chịu nhiều tác động của khí quyển. 4. Phân loại theo các dải sóng trong quang phổ điện từ - Viễn thám quang học: Bức xạ phổ của các đối tượng mặt đất do ánh sáng mặt trời gồm các dải sóng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại trung. ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi chung là ảnh quang học. - Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Ghi nhận bức xạ nhiệt của các đối tượng trên mặt đất ở dải sóng hồng ngoại nhiệt. ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh nhiệt. - Viễn thám siêu cao tần (viễn thám Radar): Ghi nhận phổ ảnh ở dải Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 26 - sóng viba (Microwave). ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh rađa. Sự phân loại viễn thám theo bước sóng được thể hiện trong sơ đồ phân loại sau: Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại Viễn thám hồng ngoại nhiệt Viễn thám siêu cao tần Phản xạ mặt trời Bức xạ nhiệt vật thể m m m Phản xạ Bức xạa b Buớc sóng Vật thể Sóng rađa UV Nhìn thấy Hồng ngoại phản xạ Hồng ngoại nhiệt Vô tuyến cao tần m m mm m m m mm 30cm Phổ điện từ Bức xạ phổ nguồn vật thể bức xạ Máy ảnh Bộ tách sóng ánh sáng Bộ cảm nhận Bộ cảm Bộ cảm Bộ cảm Bộ cảm Hình 2.2: Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng 2.2 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Tất cả các vật thể đều phản xạ và hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách khác nhau. Đặc tính này gọi là đặc trưng phổ. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố. Các đặc trưng này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trường khí quyển và bề mặt đối tượng cũng như bản thân các đối tượng. Việc nghiên cứu đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên có ý nghĩa rất quan trọng trong viễn thám. Bởi vì sóng điện từ được phát xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, các đối tượng trên bề mặt trái đất là nguồn tư liệu trong viễn thám để nhận biết, phân biệt, phân tích các đối tượng. Phản xạ phổ ứng với từng loại lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể, điều này cho phép viễn thám có thể xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đo lường phản xạ phổ. Từ Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 27 - đó ứng với mỗi loại đối tượng khác nhau mà ta sử dụng những kênh phổ khác nhau trong quá trình thu nhận ảnh sao cho sự phản xạ phổ giữa các đối tượng là rõ nét và khác biệt nhất. Nhằm tăng tính dễ nhận biết, dễ đọc, dễ hiểu các đối tượng tự nhiên cho công tác giải đoán ảnh sau này. 2.2.1 Một số khái niệm đặc trưng phản xạ phổ các đối tượng tự nhiên Sóng điện từ chiếu tới mặt đất, năng lượng của nó sẽ tác động lên bề mặt trái đất và sẽ xẩy ra các hiện tượng sau: - Phản xạ năng lượng. - Hấp thụ năng lượng. - Thấu quang năng lượng. Hình 2.3: Tác động của năng lượng bức xạ mặt trời lên các đối tượng tự nhiên Năng lượng bức xạ sẽ chuyển đổi thành ba dạng khác nhau như trên. Giả sử coi năng lượng ban đầu bức xạ là EO thì khi chiếu xuống các đối tượng nó sẽ chuyển thành năng lượng phản xạ E, hấp thụ E và thấu quang E. Có thể mô tả quá trình trên theo công thức: Eo = E + E + E (a) . Trong quá trình này ta phải lưu ý hai điểm: Thứ nhất là khi bề mặt đối tượng tiếp nhận năng lượng chiếu tới, tùy thuộc vào cấu trúc các thành phần, cấu tạo vật chất hoặc điều kiện chiếu sáng mà các thành phần E, E, E sẽ có những giá trị khác nhau đối với các đối tượng khác nhau. Do vậy ta sẽ nhận được các tấm ảnh của các đối tượng khác nhau do thu nhận năng lượng phản xạ khác nhau. Phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt đối tượng, năng lượng phản xạ phổ có thể phản xạ toàn phần, phản xạ một phần, không phản xạ về một hướng hay phản xạ một phần có định hướng. Thứ hai là năng lượng chiếu tới đối tượng được phản xạ không những phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt đối tượng mà còn phụ thuộc vào bước sóng của năng lượng chiếu tới. Do vậy mà trên ảnh ta thấy hình ảnh đối tượng do ghi nhận được khả năng phản xạ phổ của các bước sóng khác nhau sẽ khác nhau. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 28 - Các hệ thống viễn thám chủ yếu ghi nhận năng lượng phản xạ phổ nên công thức (a) có thể viết lại là: E = Eo - (E + E) (b) Năng lượng phản xạ bằng tổng năng lượng bức xạ trừ năng lượng hấp thụ và năng lượng thấu quang. Để nghiên cứu sự phụ thuộc của năng lượng phản xạ phổ vào bước sóng điện từ ta đưa ra khái niệm khả năng phản xạ phổ. Khả năng phản xạ phổ r của bước sóng được định nghĩa bằng công thức : %100.)( )( 0    E E r  (c) Để thấy rõ đặc tính phản xạ phổ phụ thuộc vào bước sóng ta xét đồ thị sau (hình 2.4) 1 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của thực vật 2 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của đất khô 3 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của nước 2.2.2 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Bức xạ điện từ mà bộ cảm (sensor) đặt trên vật mang thu được do các đối tượng tự nhiên phản xạ phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau như: điều kiện chiếu sáng, điều kiện môi trường khí quyển, bề mặt đối tượng cũng như bản thân các đối tượng. Vì vậy mà đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ là hàm của nhiều yếu tố. Dựa vào công thức xác định khả năng phản xạ phổ và đường đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên trong hình 2.4 ta thấy rằng:     20 40 60 0      0,6 1,0 1,4 1,6 2,0 2,4 () r(%)   0,8 1,2 1,8 2,2 2,6 2 1 3 Hình 2.4: Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 29 - 1. Khả năng phản xạ phổ của thực vật: Khả năng phản xạ phổ của thực vật thay đổi theo độ dài bước sóng, các sắc tố của lá cây và lượng nước trong lá cây ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật. Hình 2.5: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật Theo đồ thị trên ta thấy thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh đối với các bước sóng cận hồng ngoại từ 0,7 ữ 1,4 m còn ở vùng sóng nhìn thấy và vùng hồng ngoại sắc tố lá cây hấp thụ mạnh. Ngoài ra hàm lượng nước có trong lá cây cũng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của lá cây. Nước ở các lá cây hấp thụ mạnh ở các bước sóng 1,4 và 1,9 m và từ 2,66 ữ 2,73 m. Còn ở bước sóng 1,6 và 2,2 m tương ứng với vùng ít hấp thụ của nước. Khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật khác nhau là khác nhau và đặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật đó là: + ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ phổ khác nhau rõ rệt. + ở vùng ánh sáng nhìn thấy, phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của lá cây Những dải phổ hấp thụ ()     20 40 60 0      0,6 1,0 1,4 1,6 2,0 2,4 (%) r   0,8 1,2 1,8 2,2 2,6 Sắc tố hấp thụ Nước hấp thụ Nhìn thấy Cận hồng ngoại Hồng ngoại Phản xạ phổ hồng ngoại Sắc tố Cấu trúc tế bào Thành phần nước   Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 30 - clorophin trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá, còn lại là bị phản xạ. + ở vùng cận hồng ngoại, cấu trúc của lá cây ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ, ở đây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt. + ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước; ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thụ là cực đại. ảnh hưởng của cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ không lớn bằng ảnh hưởng của hàm lượng nước trong lá. 2. Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng Đường đặc trưng phản xạ phổ của đa số thổ nhưỡng không phức tạp như ở thực vật. Đặc tính chung nhất là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại. ở đây chỉ có năng lượng hấp thụ mà không có năng lượng thấu quang, tuy nhiên với các loại đất có thành phần cấu tạo, độ ẩm của đất, các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau nên khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau. Hình 2.6: Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm 3. Khả năng phản xạ phổ của nước Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo độ dài bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước; khả năng phản xạ phổ ở đây còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước. Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng, còn một số đặc tính của nước cần phải sử dụng dải sóng nhìn thấy để nhận biết. Trong điều ()0    0,5 1,3 2,1 2,5 0,9 1,7    20 40 60 80 r(%) 1. ............... Độ ẩm 04% 2. Độ ẩm 512% 3. Độ ẩm 2232% 100 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 31 - kiện tự nhiên, mặt nước hoặc một lớp mỏng nước sẽ hấp thụ rất mạnh năng lượng ở dải sóng cận hồng ngoại và hồng ngoại, do vậy năng lượng phản xạ rất ít. Vì khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụp cho ta khả năng đoán đọc điều vẽ thuỷ văn, ao hồ,… ở dải sóng nhìn thấy, khả năng phản xạ phổ của nước tương đối phức tạp, một phần là phản xạ, một phần là bị hấp thụ. Trong điều kiện tự nhiên, thông thường nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vô cơ, vì vậy khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước. Hình 2.7: Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước Kết luận: Qua các đường đặc trưng phổ và đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên nêu trên ta có thể thấy rằng mỗi đối tượng tự nhiên khác nhau sẽ có đặc trưng phổ khác nhau, và đây là cơ sở quan trọng trong viễn thám, chúng giúp cho ta phân biệt hay nhận biết được các đối tượng tự nhiên trên ảnh viễn thám. 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 1. ảnh hưởng của các yếu tố không gian, thời gian lên khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên a) Yếu tố thời gian: Thực phủ mặt đất và một số đối tượng khác thường hay thay đổi theo thời gian, do vậy mà khả năng phản xạ phổ cũng thay đổi theo thời gian. b) Yếu tố không gian: Yếu tố không gian ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên bao gồm: - Yếu tố không gian cục bộ: Thể hiện khi chụp ảnh cùng một loại đối tượng. 0,4 0,5 0,6 0,7 10 20 30 50 40         2 1 1- Hấp thụ 2- Phản xạ () Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 32 - - Yếu tố địa lý: Thể hiện khi cùng loại thực vật nhưng điều kiện sinh trưởng khác nhau theo vùng địa lý thì khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau. Yếu tố thời gian cũng có thể thể hiện khi góc mặt trời hạ thấp ta sẽ có hình ảnh núi có bóng và cùng một đối tượng trên hai sườn núi: một bên được chiếu sáng còn một bên không được chiếu sáng đã tạo nên khả năng phản xạ phổ khác nhau. Ta thấy rằng các yếu tố không gian, thời gian đều ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên; để có thể khống chế được ảnh hưởng của các yếu tố này ta cần thực hiện theo các phương án: + Ghi nhận thông tin vào thời điểm mà khả năng phản xạ phổ của một đối tượng này khác xa khả năng phản xạ phổ của một đối tượng khác. + Ghi nhận thông tin vào những lúc mà khả năng phản xạ phổ của một đối tượng không khác biệt nhau nhiều. + Ghi nhận thông tin thường xuyên, định kỳ qua một khoảng thời gian nhất định. + Ghi nhận thông tin trong điều kiện môi trường nhất định, ví dụ góc mặt trời tối thiểu, mây ít hơn 10%, qua một số ngày nhất định. Như vậy, khi thu nhận ảnh vệ tinh ta cần thực hiện các phương án này nhằm hạn chế đến mức thấp nhất những ảnh hưởng của các yếu tố gây ra, khi đó ta sẽ dễ dàng đoán đọc được các đối tượng trên ảnh mà không bị nhầm lẫn. 2. ảnh hưởng của khí quyển Năng lượng điện từ được truyền tới các đối tượng trên bề mặt trái đất cũng như năng lượng phản xạ đi tới được thiết bị thu nhận của hệ thống vệ tinh phải đi qua lớp khí quyển của trái đất do đó nó sẽ bị tác động của các vật chất trong lớp khí quyển này. Năng lượng điện từ đi qua tầng khí quyển có thể bị hấp thụ hoặc tán xạ. Hiện tượng hấp thụ của khí quyển xẩy ra chủ yếu đối với dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại. Sự hấp thụ của khí quyển sẽ làm suy giảm năng lượng điện từ tới đối tượng cũng như tới thiết bị thu và làm thay đổi một phần các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng quan sát. Sự tán xạ của đối tượng chỉ có ảnh hưởng lớn trên vùng bước sóng nhìn thấy và gần hồng ngoại. Hiện tượng này xảy ra khi các điện từ va chạm với các phần tử vật chất trong khí quyển và Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 33 - năng lượng điện từ bị tán xạ ra theo mọi hướng. Sự tán xạ trong khí quyển gây nên những vùng sương mờ trên ảnh cũng như làm mờ hình ảnh của các đối tượng được quan sát đặc biệt là ở vùng kênh màu xanh lam Bầu khí quyển của trái đất hấp thụ năng lượng điện từ trên những dải sóng khác nhau do đó chỉ ở những dải sóng nằm ngoài vùng hấp thụ (hoặc bị hấp thụ rất ít) bởi khí quyển mới có thể được dùng cho việc thu nhận ảnh vệ tinh. Những vùng sóng đó được gọi là cửa sổ khí quyển. Cửa sổ khí quyển được minh hoạ như hình 2.8 sau đây : Hình 2.8: Cửa sổ của khí quyển Các kênh trong hệ thống Viễn Thám thường được thiết kế trong các cửa sổ khí quyển để giảm tối thiểu ảnh hưởng của sự hấp thụ của tầng khí quyển nhằm thu được ảnh vệ tinh có sự phản xạ phổ là tốt nhất có lợi cho công tác đoán đọc ảnh vệ tinh. Như vậy, đối với mỗi yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ và thu nhận thông tin phản xạ phổ khác nhau chúng ta phải tìm biện pháp hạn chế hoặc loại bỏ ảnh hưởng đó đến chất lượng của ảnh vệ tinh thu được nhằm đảm bảo thu được thông tin tốt nhất cho ảnh vệ tinh. 2.3 một số loại vệ tinh viễn thám Vệ tinh viễn thám bao gồm các vệ tinh khí tượng, vệ tinh viễn thám biển, vệ tinh địa tĩnh, vệ tinh tài nguyên, các tàu vũ trụ có người điều khiển và các trạm vũ trụ. Trên thế giới các hệ thống đang hoạt động là LANDSAT, SPOT, QUICKBIRD, COSMOS, IKONOS, IRS, MOS, TERRA, NOAA… 2.3.1 Hệ thống vệ tinh SPOT và ảnh SPOT SPOT- là một hệ thống "khép kín" bao gồm các hệ thống quan trắc trên không, các hệ thống xử lý hình ảnh dưới mặt đất và hệ thống phân phối ảnh 25 50 75 100 0,3 1,0 10 100  1mm  1m         Nguồn năng lượngr(%) Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 34 - thu được do Trung tâm nghiên cứu không gian CNES (Centre National d’ Etudes Spatiales) của Pháp thực hiện, có sự tham gia của Bỉ và Thuỵ Điển. Hệ thống vệ tinh SPOT được Pháp phóng lên quỹ đạo vào năm 1986, đây là loại vệ tinh đầu tiên sử dụng kỹ thuật quét dọc tuyến chụp với hệ thống quét điện tử có khả năng cho ảnh lập thể dựa trên nguyên lý thám sát nghiêng; mỗi vệ tinh được trang bị một bộ quét đa phổ HRV. Các thế hệ vệ tinh SPOT từ 1 đến 3 có bộ cảm HRV với 3 kênh phổ phân bố trong vùng sóng nhìn thấy ở các bước sóng xanh lục, đỏ và gần hồng ngoại. Năm 1998 Pháp đã phóng thành công vệ tinh SPOT- 4 với hai bộ cảm HRVIR và Thực vật (Vegetation Instrument), và đến năm 2002 đã phóng thành công vệ tinh SPOT-5. Ba kênh phổ đầu của HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV. 1. Quỹ đạo hoạt động của SPOT - SPOT có quỹ đạo tròn, đồng bộ mặt trời. - Độ cao bay chụp: 832 km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo 98,7o - Thời điểm bay qua xích đạo: 10 giờ 30 sáng. - Chu kỳ lặp: 26 ngày trong chế độ quan sát bình thường. Hình 2.9: Quỹ đạo hoạt động của SPOT 2. Bộ cảm Bộ cảm HRV không phải là máy quét quang cơ mà là máy quét điện tử CCD. HRV có thể thay đổi góc quan sát nhờ một gương định hướng, gương này cho phép thay đổi hướng quan sát từ 00 đến 270 so với phương thẳng đứng, nhờ vậy mà độ rộng của dải quét có thể lên đến 80km và do đó có thể thu được ảnh lập thể. Bộ quét đa phổ HRV có thể quét đa phổ trên ba kênh trắng đen XS và một kênh toàn sắc P (Panchromatic). Đến SPOT - 4 bộ cảm biến được cải tiến để thu nhận vùng phổ hồng ngoại và có tên gọi là HRVIR (High Resolution Visible and Middle Infrared). Do vậy mà ảnh SPOT được cung cấp Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 35 - ở hai dạng khác nhau là ảnh đa phổ và ảnh toàn sắc với độ phân giải không gian cao hơn so với ảnh đa phổ. 3. Tư liệu ảnh SPOT: - ảnh SPOT được thu nhận nhờ máy chụp ảnh đa phổ HRV-1 và HRV- 2. Có hai loại ảnh chính: ảnh đa phổ (Multispectral - XS) gồm có ba kênh phổ khác nhau: 0,5 ữ 0,59 m; 0,61ữ 0,68 m; 0,79 ữ 0,89 m được gọi là ảnh SPOT - XS. Độ phân giải mặt đất của ảnh SPOT - XS là 20 m. ảnh SPOT - XS ghi nhận nhờ một dãy gồm 3000 tế bào quang điện được đặt vuông góc với hướng bay do vậy khi vệ tinh chuyển động sẽ ghi nhận hình ảnh trên một dải rộng 60km. ảnh toàn sắc (panchoromatic) được ghi nhận trên gần như toàn bộ dải sóng nhìn thấy 0,51 ữ 0,73 m được gọi là ảnh SPOT - Pan. Cách thu nhận của ảnh SPOT - Pan cũng tương tự như ảnh SPOT - XS nhưng dãy tế bào quang điện gồm 6000 tế bào nên độ phân giải mặt đất là 10 m. Dưới đây là các thông số của thế hệ ảnh SPOT: Vệ tinh SPOT Kênh phổ Bước sóng Phổ điện từ Độ phân giải SPOT 1, 2, 3 Kênh 1 0,50 - 0,59  m Xanh lục 20 m SPOT 1, 2, 3 Kênh 2 0,61 - 0,68  m Đỏ 20 m SPOT 1, 2, 3 Kênh 3 0,79 - 0,89  m Gần hồng ngoại 20 m SPOT 4, 5 Kênh 4 1,58 - 1,75  m Toàn sắc 10 m SPOT 5 Kênh 1 0,50 - 0,59  m Xanh lục 10 m SPOT 5 Kênh 2 0,61 - 0,68  m Đỏ 10 m SPOT 5 Kênh 3 0,79 - 0,89  m Gần hồng ngoại 10 m SPOT 1, 2, 3 Kênh toàn sắc 0,51- 0,73  m Toàn sắc 10 m SPOT 4, 5 Kênh toàn sắc 0,49 - 0,73 m Toàn sắc 10 m SPOT 5 Kênh toàn sắc 0,49 - 0,73 m Toàn sắc 5 m SPOT 5 Kênh toàn sắc 0,49 - 0,73 m Toàn sắc 2,5 m SPOT 5 Kênh toàn sắc 0,49 - 0,73 m Toàn sắc 510 m Bảng 2.1: Độ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 đến 5 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 36 - 2.3.2 Vệ tinh Landsat Hệ thống Landsat được phóng lên quỹ đạo lần đầu tiên năm 1972, cho đến nay, đã có 5 thế hệ vệ tinh được phóng. Mỗi vệ tinh được trang bị một bộ quét đa phổ MSS, một bộ chụp ảnh vô tuyến truyền hình RBP. Hệ thống Landsat - 4, 5 còn được trang bị thêm một số bộ quét đa phổ TM. Tư liệu vệ tinh Landsat là tư liệu viễn thám đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và Việt Nam. 1. Quĩ đạo vệ tinh Landsat - Độ cao bay: 705km, góc nghiêng mặt phẳng quĩ đạo: 980. - Quĩ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp. - Thời điểm bay qua xích đạo: 9h39' sáng. - Chu kỳ lặp: 17 ngày. - Bề rộng tuyến chụp: 185km. 2. Bộ cảm MSS (Multispectral scanner) và TM (Thematic mapper) Cả 2 bộ cảm này đều là máy quét quang cơ. Hệ thống Landsat MSS hoạt động ở dải phổ nhìn thấy và gần hồng ngoại (bảng 2.2). Bảng 2.2 Kênh phổ Dạng phản xạ phổ Bước sóng ( m) 1 Nhìn thấy - xanh 0.5 - 0.6 2 Nhìn thấy - đỏ 0.6 - 0.7 3 Hồng ngoại 0.7 - 0.8 4 Hồng ngoại 0.8 - 1.1 + Đặc điểm của MSS là: - Sử dụng 4 băng phổ. - Mỗi băng phổ có trang bị 6 bộ thu, có sử dụng sợi quang học. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 37 - - Ghi tín hiệu năng lượng phản xạ từ bề mặt trái đất. - Tín hiệu được mã thành 64 cấp độ sáng. - Độ phân giải mặt đất 80m. - Góc quét từ Đông sang Tây là 11,60. - Thời gian lộ quang 33 mili giây. - Độ rộng mỗi đường quét 185 km. Hệ thống Landsat TM sử dụng vùng thổ nhìn thấy, gần hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt (bảng 2.3) Các đặc điểm của ảnh TM: - Độ rộng các đường quét: 185 km. - Góc quét: 14.80. - Độ phân giải mặt đất: 30 m. Bảng 2.3 Kênh phổ Bước sóng (m) 1 0.45 - 0.52 2 0.52 - 0.60 3 0.63 - 0.69 4 0.76 - 0.90 5 1.55 - 1.75 6 10.4 - 12.5 7 2.08 - 2.35 2.3.3 Vệ tinh COSMOS Tư liệu vệ tinh Cosmos là tư liệu viễn thám được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở nước ta. ảnh vệ tinh của Liên Xô có hai loại. 1. ảnh có độ phân giải cao Độ cao bay chụp: 270 km Tiêu cự máy chụp f = 1000mm Kích thước ảnh: 30 x 30 cm Độ phân giải mặt đất: 6 - 7 m Chụp ở hai kênh phổ Độ phủ dọc > 60 % Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 38 - 2. ảnh có độ phân giải trung bình Độ cao bay chụp 250 km Tiêu cự máy chụp f = 200mm Kích thước ảnh: 18 x 18 cm Độ phân giải mặt đất: 30 m Chụp ở ba kênh phổ 0.51 - 0.60 m. 0.60 - 0.70  m 0.70 - 0.85  m Độ phủ dọc > 60% 2.4 Đặc điểm của tư liệu ảnh viễn thám Công nghệ viễn thám được ra đời và phát triển từ cuối thế kỷ 19 nhưng đến những năm 60 của thế kỷ 20 thì các phương tiện thu nhận ảnh viễn thám và các công nghệ đo ảnh viễn thám mới phát triển mạnh mẽ và đem lại hiệu quả cao trong việc phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng. Các đặc điểm chung của ảnh viễn thám được xác định dựa vào tính chất phổ của ảnh vệ tinh, tính đa thời gian của ảnh và đặc điểm chuyển động của vệ tinh như: độ cao bay, quỹ đạo và tốc độ chuyển động. Ngoài ra, đặc điểm của ảnh vệ tinh còn phụ thuộc vào kỹ thuật chụp, vật liệu và thiết bị thu chụp, độ phân giải của ảnh và các công nghệ phần mềm xử lý ảnh hiện đại đã tạo nên khả năng ưu việt của ảnh vệ tinh. Dưới đây là một số đặc điểm của tư liệu ảnh vệ tinh đó là: - Do ảnh vệ tinh được thu nhận ở độ cao bay chụp lớn từ 450 ~ 20000 km nên ảnh vệ tinh có tầm bao quát rộng lớn, tính tổng quát hoá tự nhiên rõ rệt. Chính vì vậy mà ảnh vệ tinh cung cấp các thông tin của các đối tượng tự nhiên trên bề mặt Trái đất trên một phạm vi rộng lớn ở cùng một thời điểm ghi nhận thông tin, cùng một điều kiện vật lý. Nhờ vậy mà đặc điểm này tạo khả năng đảm bảo tính hiện thời của các thông tin. Từ đó có thể so sánh để đưa ra sự thay đổi của một vùng nào đó hay phản ánh hiện trạng của các đối tượng tự nhiên và xã hội. Đây là đặc điểm và tính chất riêng của ảnh vệ tinh so với các bản đồ khái quát được thành lập theo phương pháp truyền thống. - Vệ tinh có khả năng chụp lặp với chu kỳ ngắn do vậy có khả năng tạo ra ảnh đa thời gian: tính đa thời gian của ảnh vệ tinh là nguồn thông tin Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 39 - bảo đảm tính tức thời phản ánh cả những hiện tượng, đối tượng biến đổi nhanh. Với ảnh đa thời gian, ảnh vệ tinh trở thành nguồn thông tin về các hiện tượng biến đổi nhanh cũng như trạng thái của các đối tượng ở các giai đoạn phát triển khác nhau. - ảnh vệ tinh được chụp ở tỷ lệ nhỏ trên những dải phổ khác nhau, tính chất tổng quát hoá tự nhiên về mặt hình học và khoa học của ảnh vệ tinh được thể hiện rất rõ. Trên ảnh vệ tinh hình ảnh của các đối tượng đã được khái quát hoá, nhiều chi tiết nhỏ riêng lẻ nhoà đi và hợp thành hình ảnh của một thể thống nhất của một đối tượng cấp cao hơn, quy mô lớn hơn. Kết quả là ảnh vệ tinh thể hiện được cấu trúc lớn, gồm cả cấu trúc có ý nghĩa khu vực và toàn cầu một cách khách quan và chính xác, và phản ảnh tính quy luật đối với hiện tượng tự nhiên. - Kỹ thuật viễn thám ngày nay cho phép thu chụp ảnh vệ tinh với độ phân giải cao đảm bảo cho thành lập hay hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000, 1:1.000.000… - ảnh vệ tinh có khả năng đảm bảo việc cung cấp thông tin của các đối tượng ở những nơi có địa hình khó khăn hiểm trở mà chúng ta không trực tiếp tiếp cận được. Vì thế nó đem lại hiệu quả cao để loại trừ một số trở ngại mà các phương pháp truyền thống phải mất rất nhiều công sức và tiền của để khắc phục. - Hiện nay với công nghệ hiện đại thì một số thiết bị chụp ảnh đã có khả năng chụp lập thể cho phép chúng ta thu nhận được mô hình số độ cao (DEM) phục vụ cho công tác thành lập hay hiện chỉnh bản đồ. - ảnh vệ tinh có thể sử dụng được các thiết bị và công nghệ đang được dùng để xử lý ảnh hàng không để xử lý chúng. Mặt khác tạo điều kiện thuận lợi để tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất trên cơ sở ảnh vệ tinh từ khâu xử lý, giải đoán và thành lập bản đồ. Với các đặc điểm cơ bản ở trên đã xác định khả năng ứng dụng ảnh vệ tinh vào công tác thành lập hay hiện chỉnh bản đồ với hiệu quả cao về công nghệ cũng như hiệu quả về kinh tế. Bên cạnh những ưu việt của ảnh vệ tinh Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 40 - cũng còn những giới hạn nhất định cần tìm hiểu để khắc phục như tỷ lệ ảnh nhỏ, quỹ đạo bay phải bố trí trước, độ chính xác về độ cao thấp, khả năng chụp lập thể chưa phát triển, yếu tố chi tiết ít hơn ảnh hàng không. Tuy nhiên hiện nay các lĩnh vực ứng dụng của viễn thám ngày càng mở rộng và có hiệu quả với sự hoàn thiện các phương tiện thu nhận tư liệu ảnh vệ tinh với độ phân giải cao. 2.5 Đặc trưng kỹ thuật và khả năng cung cấp thông tin của ảnh vệ tinh SPOT- 5 2.5.1 Đặc trưng kỹ thuật 1. Phương pháp quét ảnh tạo ảnh số của vệ tinh SPOT-5 Hình 2.10 : Phương thức chụp ảnh số của vệ tinh SPOT 2. Tầm bao quát Vệ tinh SPOT có độ cao bay chụp 832 km, cao hơn rất nhiều so với ảnh hàng không nên ảnh chụp có tầm bao quát rộng lớn, có tính tổng quát hoá tự nhiên cao, một cảnh có độ phủ mặt đất tiêu chuẩn là 60 x 60 km. Với khả năng bao quát như vậy, ảnh vệ tinh cung cấp thông tin trên một phạm vi rộng lớn ở cùng một thời điểm và ở cùng một điều kiện vật lý, cho phép hiện chỉnh và thành lập bản đồ một cách nhanh chóng. 3. Khả năng chụp lập thể Khả năng chụp nghiêng của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từ hai ảnh chụp vào hai thời điểm với góc chụp nghiêng khác nhau. Khi góc chụp nghiêng 24o từ phía đông và từ phía tây thì tỷ số đáy/độ cao (B/H) bằng 1. Khi góc chụp đứng và chụp nghiêng 27o thì B/H bằng 0,5. Cặp ảnh lập thể SPOT Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 41 - được dùng chủ yếu cho đo vẽ lập thể, thành lập bản đồ địa hình và liên kết lập thể tự động để tạo mô hình số độ cao. 4. Chồng xếp thông tin và tổ hợp màu để tạo ảnh mới Do đặc điểm của bộ cảm và tư liệu ảnh vệ tinh SPOT chúng ta có thể sử dụng thông tin trên từng kênh để chồng xếp với nhau tạo ra kênh ảnh mới, và cũng từ các kênh phổ này ta có thể tổ hợp màu; vì những đặc điểm này sẽ cho chúng ta thu được nhiều lượng thông tin hơn và thuận lợi trong quá trình giải đoán ảnh SPOT. 5. Không biên giới Luật pháp quốc tế không cấm việc chụp ảnh lãnh thổ các nước từ vũ trụ. Đặc trưng không giới hạn bởi biên giới giữa các nước là một đặc trưng rất ưu việt của ảnh vệ tinh nói chung và ảnh vệ tinh SPOT nói riêng mà phương pháp chụp ảnh hàng không không thể thực hiện được. Đặc trưng không biên giới của ảnh vệ tinh SPOT là một đặc điểm rất quan trọng giúp chúng ta có nguồn tư liệu ảnh ở lãnh thổ nước mình cũng như ngoài lãnh thổ, nhờ đó chúng ta có thể thành lập, hiện chỉnh, nghiên cứu địa hình ở bất kỳ khu vực nào trên thế giới. 2.5.2 Khả năng thông tin cho công tác trắc địa bản đồ của ảnh vệ tinh SPOT - 5 độ phân giải 2,5 m Báo cáo hội nghị quốc tế về các hệ thống viễn thám và bản đồ của hội nghị vẽ ảnh và viễn thám quốc tế (ISPRS) đã xác định các yêu cầu đối với ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ đó là khả năng nhận biết, độ chính xác về mặt phẳng, độ chính xác về độ cao. Trong khuôn khổ của đề tài ta chỉ xét về khả năng nhận biết và độ chính xác về mặt phẳng của ảnh vệ tinh SPOT độ phân giải 2,5 m. 1. Khả năng nhận biết của ảnh vệ tinh SPOT- 5 độ phân giải 2,5 m Để xác định mức độ nội dung cần đo vẽ hoặc hiện chỉnh, chúng ta cần xem xét khả năng cung cấp thông tin của ảnh vệ tinh về các đối tượng nội dung của bản đồ. Quá trình nghiên cứu, phân tích ảnh và sản xuất thực tế cho thấy ảnh vệ tinh SPOT - 5 độ phân giải không gian 2,5 m có thể cung cấp thông tin cho công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình ở mức độ như sau: Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 42 - a- Điểm khống chế đo đạc: là yếu tố dạng điểm không phát hiện được. b- Vùng dân cư: - Có thể phân biệt được các kiểu dân cư thành thị, nông thôn, xác định được đường viền của các thành phố, thị xã, làng mạc. Những điểm dân cư tập trung có nhiều cây che phủ, ít che phủ hoặc không che phủ đều có thể xác định được trên ảnh. Khi có tư liệu bản đồ hỗ trợ có thể phát hiện được vị trí tương ứng của một số công trình đột xuất (nhà thờ, sân kho…) trong điểm dân cư. Điểm dân cư phân bố rải rác dọc theo các yếu tố hình tuyến như kênh mương, đường có thể xác định được trên ảnh. - Không thể phân biệt được các xóm nhỏ, bản nhỏ xen lẫn với thực phủ rừng; không phân biệt được tính chất chịu lửa hay không của khu nhà; không phân biệt được khu nhà có bị tàn phá hay không. c- Đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội: - Phần lớn các đối tượng nội dung bản đồ thuộc nhóm này có kích thước và diện tích nhỏ, với lực phân giải ảnh 2,5 m khó hoặc không thể phát hiện được. Đối với các đối tượng có diện tích lớn như sân bay, bến cảng, kho xăng dầu có bãi chứa lớn, mỏ lộ thiên đang khai thác, các nhà máy, bệnh viện, trường học, trạm biến thế lớn, trại chăn nuôi, sân kho lớn có thể phát hiện được trên ảnh và nếu như có tài liệu tham khảo như tư liệu bản đồ tỷ lệ lớn hoặc điều tra thực địa thì có thể định loại được. - Không thể phát hiện được trên ảnh các loại đường dây điện, đường dây thông tin, ống dẫn nước nổi, ngầm. d- Đường giao thông và các đối tượng liên quan: - Dựa vào dấu hiệu trực tiếp và gián tiếp có thể phát hiện được trên ảnh đường sắt, đường ô tô, đường đất lớn và trong nhiều trường hợp cả đường đất nhỏ nhờ hình dạng tuyến và độ tương phản với xung quanh. - Chất rải mặt đường chỉ có thể phân biệt được nếu dùng kết hợp tài liệu chuyên ngành bản đồ tỷ lệ lớn hoặc khảo sát ngoại nghiệp. Khả năng xác định chất rải mặt đường phụ thuộc vào độ rộng lòng đường, chất lượng ảnh tính chất vật lý của lớp phủ mặt đường và lớp mặt dọc theo lòng đường. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 43 - - Đường sắt đôi hoặc đơn là những tính chất không thể xác định được trên ảnh. Nhà ga, kể cả nhà ga lớn chỉ xác định được khi có tài liệu chỉ dẫn. Cầu qua sông nét đôi phát hiện được khi có kích thước lớn hơn 2 mm trên ảnh. Bến phà lớn có thể phát hiện được nhờ các dấu hiệu gián tiếp (đường xuống phà, bãi tập kết…) - Các yếu tố khác như mức độ qua được của cầu, cống dưới đường ô tô, đường đắp cao, xẻ sâu, chỗ neo đậu tàu thuyền… không phát hiện được. e- Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan: - Trên ảnh xác định dễ dàng đường bờ biển, bãi triều, bãi sông, mạng lưới sông suối, kênh đào, hồ đầm tự nhiên và nhân tạo, đê lớn ven sông biển và một số công trình ven sông biển như đập giữ nước, đập chắn sóng… - Các đối tượng liên quan như bờ dốc tự nhiên, bờ cạp, đá dưới nước, trạm thuỷ văn, giếng nước, và những con suối, mương nhỏ… không phát hiện được. Đối với những vùng rộng trũng ngập nước khi có nước cũng không phân biệt được với các hồ ao tự nhiên khi không có tư liệu hỗ trợ là bản đồ địa hình. f- Dáng đất và chất đất: - Các bãi cát khô, đầm lầy, bãi biển, khu đào bới có thể phát hiện được trên ảnh, đường bình độ có thể đạt được nhờ đo vẽ lập thể ảnh vệ tinh. - Các yếu tố còn lại như khe rãnh xói mòn, các dạng sườn đất, vách đá, đá độc lập, cửa hang động, gò đống khó hoặc không phát hiện được trên ảnh. g- Thực vật: - Rừng là yếu tố mảng nên dễ dàng xác định được trên ảnh, tuy nhiên để phân biệt được tính chất của rừng như: rừng lá kim, rừng lá rộng, rừng lá thưa cần có tư liệu bản đồ, đặc biệt bản đồ chuyên ngành hỗ trợ. Trên ảnh có thể nhận biết được các loại rừng non, rừng thưa, rừng ổn định, các trảm cỏ tự nhiên. - Có thể phân biệt được đồng lúa, khu vực trồng cỏ, đất chuyên trồng rau màu, cây trồng thân gỗ. Cây công nghiệp lâu năm như cao su, chè, cà phê có thể phân biệt được các dấu hiệu giải đoán trực tiếp hay gián tiếp. - Những yếu tố khác như chủng loại cây trồng, cây bụi ưa mặn chua phèn, cây độc lập…cần có tài liệu tham khảo để hỗ trợ giải đoán. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 44 - h- Ranh giới, tường rào: - Thành luỹ cổ nhờ kích thước lớn có thể phát hiện được trên ảnh. - Hàng rào và tường vây trong, ngoài khu dân cư không xác định được. 2. Độ chính xác về mặt phẳng của ảnh vệ tinh SPOT-5 độ phân giải 2,5m Theo tiêu chuẩn bản đồ của Mỹ, độ chính xác mặt phẳng phải tương đương  0.2 mm trên bản đồ. Quy phạm thành lập bản đồ địa hình của Việt Nam quy định: “Sai số trung bình của vị trí địa vật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ gần nhất không được vượt quá các quy định dưới đây (tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập): 0.5 mm khi thành lập bản đồ địa hình ở vùng đồng bằng, 0.7 mm khi thành lập bản đồ ở vùng núi cao và vùng ẩn khuất”. Kết luận: Như vậy dựa trên kết quả thực tế sản xuất và quá trình nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh SPOT-5; căn cứ vào tư liệu ảnh vệ tinh hiện có, khả năng cung cấp thông tin của ảnh cho công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình; căn cứ vào quy phạm hiện chỉnh bản đồ địa hình và quy phạm thành lập bản đồ địa hình. Chúng ta thấy rằng: Sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 độ phân giải 2,5 m hoàn toàn đủ điều kiện về độ chính xác mặt phẳng để hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000. Trong lĩnh vực hiện chỉnh bản đồ, tuỳ theo điều kiện cụ thể, ảnh SPOT-5 có thể sử dụng để: đánh giá bản đồ cần hiện chỉnh và đánh giá các tài liệu dùng để hiện chỉnh; tăng dày thành lập bình đồ ảnh vệ tinh; điều vẽ để chỉnh sửa những đối tượng đã thay đổi hoặc được thể hiện sai và bổ sung những đối tượng cần thiết; đo vẽ địa hình (khi ảnh có độ phủ dọc 60%) để chỉnh sửa địa hình. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 45 - Chương 3 Quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 bằng ảnh vệ tinh SPOT-5 Trong những năm cuối 80 và đầu 90 của thế kỷ 20, ảnh vệ tinh đã bắt đầu được ứng dụng vào mục đích hiện chỉnh bản đồ của nước ta. Tuy nhiên do trình độ và công nghệ chưa phát triển nên việc thực thi trong sản xuất gặp nhiều khó khăn vì chưa đưa quy trình công nghệ tăng dày ảnh vệ tinh cũng như quy trình công nghệ nắn ảnh vệ tinh vào sản xuất. Thực tế chỉ áp dụng phương pháp vi phân mẩu ảnh nhỏ và quy tỷ lệ ảnh gần về tỷ lệ bản đồ cần hiện chỉnh theo các địa vật hoặc nắn theo đai. Vì những lý do nêu trên nên sản phẩm làm ra không đạt độ chính xác và không có cơ sở khoa học. Trước đây việc hiện chỉnh bản đồ được tiến hành chủ yếu bằng phương pháp cổ truyền, nền gốc hiện chỉnh thường được sử dụng bản phiên lam hoặc trên đế phim. Ngày nay với sự xuất hiện những máy tính thế hệ mới có cấu hình mạnh, việc nâng cấp liên tục các phần mềm hiện có và đặc biệt xuất hiện các phần mềm mới chuyên dụng đã cho phép hầu hết các công đoạn hiện chỉnh bản đồ theo phương pháp số. Tuy vậy không phải ở đâu cũng đủ điều kiện phương tiện máy móc để áp dụng phương pháp số trong hiện chỉnh bản đồ. Do đó cả hai phương pháp số kết hợp với tương tự và phương pháp số đều có giá trị thực tiễn trong điều kiện Việt Nam hiện nay. 3.1 sơ đồ quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 bằng ảnh vệ tinh spot-5 3.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh theo phương pháp truyền thống Các bước của quy trình công nghệ: - Công tác chuẩn bị và và thiết kế. - Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh. - Lập bản gốc chỉnh sửa. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 46 - - Đoán đọc ảnh nội nghiệp. - Khảo sát ngoại nghiệp. - Thành lập bản đồ gốc mới. - Quét, nắn, số hoắ bản đồ. - Kiểm tra nghiệm thu và giao nộp thành quả. Sơ đồ quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh theo phương pháp truyền thống được thể hiện trên hình 3.1. 3.1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh theo phương pháp số Hiện nay với sự phát triển của công nghệ tin học (phần cứng và phần mềm), bản đồ địa hình số đang được phổ cập rộng rãi. Do đó công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh vệ tinh được áp dụng sau đây cho trường hợp bản đồ cần hiện chỉnh đã ở dạng số. Quy trình công nghệ bao gồm các bước sau: - Công tác chuẩn bị và lập thiết kế. - Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh. - Đoán đọc điều vẽ ảnh phục vụ hiện chỉnh bản đồ. - Thành lập bản đồ gốc hiện chỉnh trên Diamat; Quét nắn (phương án 1). - Quét, nắn bình đồ ảnh đã điều vẽ (phương án 2). - Số hoá chỉnh sửa và biên tập bản đồ số vector. - Kiểm tra nghiệm thu. - Giao nộp sản phẩm. Sơ đồ quy trình công nghệ áp dụng cho bản đồ cần hiện chỉnh đã ở dạng số được thể hiện trên hình 3.2. Đối với quân đội, để phục vụ cho việc đảm bảo lợi ích an ninh quốc phòng đôi khi phải hiện chỉnh một số mảnh bản đồ trong một thời gian ngắn (có giới hạn hiện chỉnh các số yếu tố nội dung theo yêu cầu), thì biện pháp công nghệ được thực hiện theo sơ đồ 3.2 nhưng một số bước trong quy trình công nghệ được lược bỏ. Ví dụ: Không tiến hành lập bản gốc chỉnh sửa mà hiển thị trực tiếp bản đồ số vector trên nền bình đồ ảnh số để hiện chỉnh. So sánh trực tiếp bản đồ giấy và bình đồ ảnh vệ tinh in trên giấy để xác định các Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 47 - đối tượng biến đổi, điều vẽ các yếu tố mới xuất hiện và cập nhật thông tin từ các nguồn tư liệu khác cũng như bổ sung thuộc tính đối tượng nội dung bản đồ từ thông tin do các đơn vị trên địa bàn khu vực cung cấp. Công đoạn điều vẽ ngoại nghiệp được hạn chế tối đa và công việc hiện chỉnh được các kỹ sư có kinh nghiệm cũng như trình độ chuyên môn thực hiện. Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh theo phương pháp truyền thống Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh Công tác chuẩn bị và thiết kế Lập bản gốc chỉnh sửa Đoán đọc nội nghiệp Điều vẽ ngoại nghiệp Thành lập bản đồ gốc mới Quét, nắn, số hoá bản đồ Kiểm tra, nghiệm thu Giao nộp thành quả Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 48 - Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh theo phương pháp số Công tác chuẩn bị và thiết kế Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh Đoán đọc điều vẽ ảnh phục vụ hiện chỉnh bản đồ Kiểm tra nghiệm thu Giao nộp sản phẩm Số hoá chỉnh sửa và biên tập bản đồ số vector Quét, nắn bình đồ ảnh đã điều vẽ Bản đồ địa hình gốc Thành lập bản đồ gốc hiện chỉnh trên Diamat; Quét, nắn Phương án 1 Phương án 2 Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 49 - 3.1.3 Đánh giá các quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh vệ tinh * Hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh theo quy trình công nghệ theo phương pháp truyền thống có những ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm: + Không phải đầu tư trang thiết bị hiện đại, sử dụng tối đa tài liệu gốc hiện có (tài liệu thành lập bản đồ cần hiện chỉnh theo công nghệ truyền thống) và nguồn nhân lực có tay nghề cao từ trước. + Với công nghệ này, nhiều cơ quan, đơn vị có thể thực hiện hiện chỉnh bản đồ khi cần thiết. Nhược điểm: + Thời gian thi công hiện chỉnh bản đồ khá dài, hiệu quả kinh tế không cao. Chưa đáp ứng được tính thời sự của thông tin trên bản đồ, đặc biệt là lĩnh vực quân sự. + Chất lượng đường nét, bản gốc hiện chỉnh bằng công nghệ thủ công không đồng đều, rất khó có sự thống nhất khi phải hiện chỉnh nhiều mảnh bản đồ hoặc là cả dãy tỷ lệ cùng một lúc. + Việc lưu trữ, bảo quản tài liệu bản đồ (phim - bản đồ giấy) kồng kềnh, rất khó khăn. * Hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh theo quy trình công nghệ theo phương pháp số có những ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm: + Một dây truyền sản xuất số đồng bộ sẽ mang lại nhiều hiệu quả về kinh tế, thời gian hiện chỉnh nhanh, thông tin cập nhật đáp ứng được tính thời sự. + Đảm bảo tính thống nhất về chất lượng ký hiệu và đường nét, sản phẩm đa dạng. + Trong điều kiện hiện chỉnh phải thay đổi hệ thống toạ độ hoặc địa hình hay chuyển tỷ lệ thì công nghệ số nhanh, chính xác. + Việc lưu trữ, bảo quản tài liệu (ở dạng số) cũng như vận chuyển, trao đổi đơn giản, gọn nhẹ, nhanh chóng. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 50 - + Làm việc với công nghệ số, có nghĩa là đã nâng cao trình độ tin học, tiếp cận với khoa học kỹ thuật thế giới. Nhược điểm: + Phải đầu tư nhiều kinh phí để mua sắm trang thiết bị hiện đại và đào tạo nhân lực không chỉ về trình độ chuyên môn nghiệp vụ mà còn cả về tin học. + Không phải công nghệ số lúc nào cũng thực hiện được, nhất là điều kiện chiến tranh xảy ra. + Do đặc điểm gọn nhẹ, truy cập bằng nhiều đường khác nhau, nên việc bảo mật gặp nhiều khó khăn. Từ những ưu nhược điểm của hai phương pháp trên cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ hiện nay đặc biệt là công nghệ tin học. Thì việc áp dụng quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ theo phương pháp số vào sản xuất thực tế là một phương pháp vừa đảm bảo tính kỹ thuật vừa mang lại hiệu quả kinh tế cao. Chính vì vậy trong đồ án này em áp dụng quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình theo phương pháp số. 3.2 Diễn giải các bước của quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ theo phương pháp số 3.2.1 Công tác chuẩn bị và thiết kế Khi hiện chỉnh bằng bản đồ địa hình bằng ảnh vệ tinh công tác chuẩn bị cũng tương tự như khi hiện chỉnh bằng ảnh hàng không và bao gồm các bước: 1- Thu thập, đánh giá và hệ thống hoá tư liệu Thu thập tài liệu là giai đoạn đầu tiên nhưng hết sức quan trọng của công tác chuẩn bị. Bên cạnh việc sử dụng tư liệu chính là ảnh vệ tinh thì cần thu thập các tài liệu khác như: - Bản đồ địa hình các loại tỷ lệ thuộc khu vực nghiên cứu. - Các điểm toạ độ và độ cao Nhà nước, kết quả đo khống chế GPS. - Các văn bản pháp lý dùng trong thiết kế và thi công như: Quy phạm thành lập bản đồ địa hình, quy phạm hiện chỉnh bản đồ địa hình, ký hiệu bản đồ địa hình, quy định kỹ thuật số hoá bản đồ địa hình các loại tỷ lệ; các quyết định, thông tư hướng dẫn… Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 51 - - Các bản đồ chuyên đề, các tài liệu đo vẽ chuyên dùng như: Bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng lớp phủ bề mặt, tài liệu về biên giới và địa giới hành chính (bản đồ 364/CT), tài liệu về giao thông, bản đồ địa hình đáy biển có ở một số vùng biển để chuyển các yếu tố địa hình đáy biển lên. Ngoài ra còn có các tài liệu chuyên ngành như mạng lưới thuỷ văn, lưới điện, hệ thống đê điều… được dùng để tham khảo và bổ sung trong công tác điều vẽ. Trước khi tiến hành hiện chỉnh thì tất cả các tài liệu thu thập được đều phải tiến hành điều tra, phân tích và đánh giá mức độ sử dụng của các loại thông tin, tư liệu hiện có; trong đó có cả việc tiến hành khảo sát ngoài thực địa. Trên cơ sở đó đưa ra các chỉ dẫn mức độ sử dụng từng loại tư liệu vào mục đích hiện chỉnh. Những tài liệu ảnh và bản đồ chuyên đề thu được phải hệ thống hoá theo từng nội dung cần hiện chỉnh: tài liệu văn bản, bản đồ phục vụ cho việc hiện chỉnh theo yếu tố dạng điểm, dạng tuyến và dạng diện…Có như vậy, mới đảm bảo nguyên tắc thống nhất từ trên xuống dưới, lựa chọn được yếu tố nội dung chính, phụ trên từng phạm vi hiện chỉnh. 2- Nghiên cứu đặc điểm địa lý khu vực hiện chỉnh Dựa trên các tài liệu thu thập được, tiến hành nghiên cứu các đặc điểm địa lý khu vực liên quan đến nội dung cần hiện chỉnh như: - Tính chất và mức độ biến đổi của các yếu tố tự nhiên và xã hội trong phạm vi nghiên cứu. - Phân khu vực hoặc tách riêng từng yếu tố cần hiện chỉnh. Đây chính là một phần kết quả nghiên cứu thiết kế kỹ thuật cho bản đồ hiện chỉnh. 3- Đánh giá bản đồ cần hiện chỉnh Việc đánh giá bản đồ cần hiện chỉnh về chất lượng và tính hiện thời sẽ giúp cho việc nắn ảnh phù hợp với bản đồ về cơ sở toán học, hệ thống toạ độ, độ cao, nội dung ký hiệu, cũng như hình thức thể hiện. Độ chính xác của bản đồ được đánh giá bằng cách đối chiếu cơ sở khống chế mặt phẳng, độ cao của bản đồ với các chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng trong quy phạm hiện hành. Trong Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 52 - khi thực hiện cần tiến hành phân tích các báo cáo kỹ thuật hiện chỉnh cũng như bảng thống kê toạ độ, độ cao các điểm trắc địa và lý lịch bản đồ. 4- Lập thiết kế kỹ thuật - dự toán và các chỉ dẫn biên tập Khi bước vào hiện chỉnh người thực hiện phải lập thiết kế kỹ thuật - dự toán (luận chứng kinh tế - kỹ thuật) bao gồm các công việc như: nghiên cứu tình hình đặc điểm khu vực cần hiện chỉnh; nghiên cứu, đánh giá hiện trạng thông tin tư liệu; xác định rõ phương pháp công nghệ áp dụng cho từng phương án thi công hiện chỉnh bản đồ cho các tỷ lệ khác nhau tuỳ theo mức độ biến đổi nội dung của bản đồ cần hiện chỉnh nhiều hay ít; đưa ra các quy định cho từng khâu sản xuất và đề ra các phương án an toàn lao động - tổ chức thi công, lập dự toán công trình. Trong trường hợp hiện chỉnh nhiều mảnh bản đồ ở nhiều khu vực khác nhau, nhất thiết phải viết chỉ dẫn biên tập chi tiết cho từng nhóm mảnh bản đồ (nhóm khu vực đồng bằng, đồi núi, thành phố…). 3.2.2 Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh Hầu hết các bước thành lập bình đồ ảnh vệ tinh chủ yếu bằng phương pháp số. Các bước chủ yếu của quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh đang được áp dụng tại Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường được thể hiện trên hình 3.3. Quy trình này bao gồm các công đoạn chính: - Quét, nắn bản đồ. - Nhập ảnh số, quét ảnh tương tự, xử lý tăng cường chất lượng hình ảnh. - Chọn điểm khống chế ảnh. - Lập mô hình số độ cao. - Nắn ảnh, cắt ghép ảnh và thành lập bình đồ ảnh. - Trình bày khung bình đồ ảnh. - Ghi đĩa CD- ROM, in bình đồ ảnh. 1. Quét, nắn bản đồ Công đoạn này được áp dụng đối với bản đồ cần hiện chỉnh không ở dạng số vector. Bản đồ dùng để quét là các tài liệu bản đồ đã được phân tích lựa chọn đáp ứng yêu cầu của bản đồ dùng để hiện chỉnh và có thể là bản đồ in trên giấy, bản gốc tách màu (thường là phim dương) hoặc bản tổng hợp nét Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 53 - đen trên đế trong. Các bản gốc này phải sạch sẽ, rõ nét, phải có đủ điểm mốc để nắn, cụ thể phải có đủ 4 điểm mốc góc khung và các điểm mốc lưới ô vuông. Hình 3.3: Quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh Đo KC ngoại nghiệp, tăng dày điểm nắn ảnh Công tác chuẩn bị Quét bản đồ Nắn bản đồ số Chọn điểm nắntrên bản đồ Hiển thị mô hình lập thể ảnh vệ tinh Nắn ảnh số vệ tinh mức 3 Thành lập mô hình số độ cao Cắt ghép ảnh và thành lập bình đồ ảnh Trình bày khung và chú giải ảnh vệ tinh Ghi đĩa CD, VCD In ấn Không đạt Đánh giá độ chính xác Đạt Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 54 - ảnh quét bản đồ phải rõ ràng, có độ tương phản trung bình, các dấu khung toạ độ góc khung phải hiện rõ, trị số toạ độ phải đọc rõ ràng. Nắn bản đồ quét bằng các phần mềm như phần mềm IRAS-C. Sau khi nắn phải hiệu chỉnh độ tương phản của ảnh nắn để có hình ảnh tốt nhất cho việc vector hoá. Độ chính xác nắn bản đồ quét phải ≤ 0,2 mm ở tỷ lệ bản đồ thành lập. 2. Nhập ảnh số, quét ảnh tương tự, xử lý tăng cường chất lượng hình ảnh Đa số tư liệu ảnh vệ tinh dạng ở dạng số và được nhập vào hệ thống xử lý ảnh số từ CD-ROM. Dữ liệu ảnh vệ tinh được ghi lại và tổ chức theo những trật tự nhất định gọi là khuôn dạng ảnh; đây là sự phối hợp vị trí không gian (hàng, cột) và giá trị phổ để thu nhận, lưu trữ, thể hiện và phân tích ảnh. Khuôn dạng BSQ (Band Sequence): Là khuôn dạng trong đó các kênh phổ được lưu tuần tự hết kênh này sang kênh khác, nghĩa là mỗi ảnh tương ứng với một kênh. Khuôn dạng BIL (Band Interleaved by Line): Là khuôn dạng trong đó từng hàng ảnh được ghi theo thứ tự của số kênh, mỗi hàng được ghi tuần tự theo giá trị của các kênh phổ và sau đó lặp lại theo thứ tự của từng hàng. Khuôn dạng BIP (Band Interleaved by Pixel): Mỗi pixel được lưu tuần tự theo các kênh, nghĩa là các kênh phổ được ghi theo hàng và cột của pixel; sau khi kết thúc tổ hợp phổ của pixel này lại chuyển sang tổ hợp phổ của pixel khác. Các dữ liệu ảnh vệ tinh số có thể ở các khuôn dạng khác nhau; có loại ảnh đã ở dạng số tương thích với các thiết bị và phần mềm xử lý ảnh số hiện có, nhưng cũng có loại ảnh tuy đã ở dạng số nhưng chưa đúng với khuôn dạng tương thích. Vì vậy trước khi đăng nhập dữ liệu vào hệ thống thông qua phần mềm trung gian, rồi sau đó mới chuyển về đúng khuôn dạng cho phù hợp với hệ thống xử lý ảnh số. Chất lượng hình ảnh phụ thuộc rất nhiều vào việc xử lý phổ. Đối với mỗi loại ảnh vệ tinh khác nhau sẽ có những phương án xử lý phổ khác nhau. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 55 - Nhưng kết quả cuối cùng là phải đảm bảo về khả năng thông tin của ảnh để dễ đoán đọc nhất. Các phương pháp được dùng để xử lý phổ như: Dãn tuyến tính, phi tuyến và các phin lọc (tần số cao: Nổi bật các đường nét; tần số thấp: Giảm nhiễu). Để nâng cao chất lượng hình ảnh phục vụ cho mục đích giải đoán các đối tượng có thể tiến hành một số công việc như: Sử dụng các phép tăng cường chất lượng ảnh (biến đổi cấp độ xám, biến đổi histogram, tổ hợp màu, biến đổi mầu giữa hai hệ RGB và HSI..), chồng ghép ảnh phổ màu và toàn sắc (XS + P), chồng ghép ảnh đa thời gian, xử lý phân tích thành phần chính… 3. Chọn điểm khống chế ảnh Các điểm khống chế ảnh (KCA) được dùng để nắn ảnh, đưa ảnh về hệ quy chiếu và tỷ lệ bình đồ ảnh cần thành lập. Ngoài các điểm đo KCA tận dụng từ các kết quả đo của các công trình trước đây, cần tiến hành xác định bổ sung bằng phương pháp đo ngoại nghiệp. Đo đạc toạ độ điểm KCA ở ngoại nghiệp (dùng công nghệ đo GPS hoặc các thiết bị xác định toạ độ khác) thì phải đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật. Điểm KCA phải là các điểm có toạ độ mặt phẳng và độ cao được xác định một cách chính xác và phải ở các vị trí có hình ảnh rõ rệt trên ảnh và còn tồn tại ngoài thực địa. Số lượng điểm KCA tuỳ thuộc vào phương pháp nắn ảnh, loại ảnh được sử dụng và tỷ lệ bình đồ ảnh cần thành lập. Số lượng điểm khống chế cần đo khoảng từ 12 điểm cho một cảnh ảnh, trong đó có 2 điểm dùng để kiểm tra. Việc bố trí điểm KCA mặt phẳng và độ cao cho một cảnh ảnh theo nguyên tắc 5 điểm rải đều ở sát biên Bắc, 5 điểm rải đều ở sát biên Nam và 2 điểm ở khu vực trung tâm. Vị trí điểm nằm cách mép biên khu hiện chỉnh không quá 0,2 cm trên ảnh về phía trong khu vực hiện chỉnh. 4. Lập mô hình số độ cao DEM (Digital Elevation Model) Mô hình số độ cao dùng để nắn ảnh vệ tinh về ảnh trực giao nhằm loại trừ sai số xê dịch vị trí điểm ảnh do chênh cao địa hình gây ra. Mô hình số độ cao có thể có được từ các nguồn sau: - Từ kết quả đo trực tiếp ngoài thực địa, từ ảnh lập thể hàng không. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 56 - - Có được do vệ tinh cung cấp đối với những hệ thống vệ tinh có khả năng chụp ảnh lập thể. - Từ bản đồ địa hình số của khu vực cần thành lập bình đồ. Mô hình số độ cao được lập bằng cách chuyển đổi từ bản đồ địa hình số của khu vực cần thành lập bình đồ được thực hiện theo các bước sau: - Công tác chuẩn bị. - Quét bản đồ và nắn bản đồ quét. - Số hóa đường bình độ và các yếu tố cần thiết. - Gán thuộc tính. - Xây dựng mô hình số địa hình. - Kiểm tra giao nộp sản phẩm. Công tác chuẩn bị được tiến hành trước khi quét bản đồ và bao gồm việc chọn bản đồ thích hợp cho việc số hoá để lập mô hình số độ cao. Để nắn bình đồ ảnh vệ tinh SPOT tỷ lệ 1:10.000 tối thiểu cần số hoá đường bình độ với khoảng cao đều 30 m trở xuống, đối với tỷ lệ 1: 25.000 là 75 m trở xuống, với tỷ lệ 1: 50.000 là 150 m trở xuống. Để lập DEM phải số hoá các đường bình độ cần thiết, các điểm độ cao đặc trưng và hệ thuỷ văn khu hiện chỉnh. Khi số hoá người thực hiện phải kiểm tra tỷ mỉ nhằm không bỏ sót những đoạn bị đứt và tách các đường nét bị chập cũng như làm tinh chỉnh kết quả số hoá theo yêu cầu của phần mềm dùng để tính toán mô hình số độ cao. Trước khi tính toán mô hình số độ cao các lớp số hóa cần phải được kiểm tra và sửa lỗi, tạo topology và gán thuộc tính (độ cao của các điểm độ cao và các đường bình độ). Việc số hóa và gán độ cao cho các điểm độ cao và đường bình độ có thể thực hiện bằng modul MSFC (MicroStation Feature Collection) của phần mềm Mapping Office. Để tính toán mô hình số độ cao sử dụng modul TIN và GRID của phần mêm ARC/INFO hoặc modul MTA (Modul Terrain Analys) để tạo file *.TIN hoặc *.GRID. Sau khi tính toán phải kiểm tra độ chính xác tính toán so với bản đồ dùng để số hóa. Độ chênh về độ cao giữa mô hình số độ cao và độ cao tính trên bản đồ không vượt quá 1/2 khoảng cao đều đường bình độ của bản đồ. Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 57 - 5. Nắn ảnh, cắt ghép ảnh và thành lập bình đồ ảnh a- Sự cần thiết của hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh Để dữ liệu ảnh có toạ độ và tích hợp với các nguồn dữ liệu khác thì việc hiệu chỉnh hình học phải được tiến hành, đây là công việc vô cùng quan trọng trong công tác xử lý ảnh. Dữ liệu ảnh trước khi thực hiện phép nắn chỉnh hình học thường chứa đựng sự biến dạng về hình học và không thể sử dụng như một bản đồ được. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự biến dạng đó như: độ cao bay chụp, vận tốc bay của máy bay hoặc vệ tinh, ảnh hưởng của sự quay trái đất, độ cong mặt đất, tầng điện ly, lớp khí quyển, hay địa hình của khu chụp,… Việc hiệu chỉnh hình học sẽ hiệu chỉnh các biến dạng hình học của ảnh làm cho dữ liệu ảnh có độ trung thực về hình học như một bản đồ. Mục đích của quá trình hiệu chỉnh hình học là: thực hiện việc hiệu chỉnh hình học để loại trừ sự biến dạng về mặt hình học của ảnh. Biến dạng hình học của ảnh được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa toạ độ ảnh thực tế đo được và toạ độ ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình học chính xác và trong điều kiện thu nhận lý tưởng. Và bản chất của quá trình hiệu chỉnh hình học là xây dựng mối tương quan giữa hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn có thể là hệ toạ độ mặt đất vuông góc hoặc hệ toạ độ địa lý dựa vào các điểm khống chế mặt đất, vị thế của sensor, điều kiện khí quyển,… b- Nắn ảnh số ảnh số có thể xem như là mảng giá trị độ xám được lưu giữ trong máy tính, vì vậy việc nắn chỉnh ảnh số là sự thay đổi vị trí của các con số này và hiển thị lại giá trị độ xám của các pixel nằm trong mảng xắp xếp của ảnh số. Sự biến đổi này dựa trên hàm số chuyển đổi toạ độ tức là phải xác định mối quan hệ hình học giữa ảnh gốc và ảnh sau khi nắn và các phương pháp tái chia mẫu được lựa chọn thích hợp. Trong nắn chỉnh hình học ảnh số, vấn đề đầu tiên cần phải xác định là mối quan hệ hình học giữa ảnh gốc và ảnh sau khi nắn. Giả sử rằng toạ độ của pixel P nào đó trước và sau khi nắn là (x,y) và (X,Y) chúng ta sẽ có quan hệ hàm số sau : Đồ án tốt nghiệp Chuyên ngành Trắc địa ảnh SV: Nguyễn Thị Thắm Lớp: Trắc địa B - K48- 58 - Xp = Fx(xp,yp) Yp = Fy(xp,yp) (3.1) và xp = fx(Xp,Yp) yp = fy(Xp,Yp) (3.2) Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý nắn ảnh số Hàm số (3.1) tương đương với nắn ảnh trực tiếp. Theo phương pháp này đầu tiên tính toạ độ (X, Y) của điểm ảnh trên ảnh nắn từ t