Đồ án Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 bằng công nghệ đo ảnh số có sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 1 - Mở đầu Từng ngày, từng giờ trên Trái đất chúng ta chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật. Những phát minh mới, những công cụ mới hiện đại lần lựơt được ra đời thay thế cho những công cụ lạc hậu. Tất cả nhằm phục vụ con người, giải phóng con người khỏi những lao động nặng nhọc đồng thời nâng cao năng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm. Hoà cùng với phát triển mạnh mẽ đó các nhà trắc địa cũng đã tìm tòi và cho ra đời những phương pháp ,những máy móc thiết bị mới hiện đại nhằm phục vụ cho công tác đo đạc được hiệu quả hơn , qua đó giải phóng cho con người khỏi lao động khó nhọc. Sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của công nghệ đo ảnh số trong thành lập bản đồ là một phát minh như thế. Việc sử dụng ảnh hàng không trong thành lập bản đồ nói chung và bản đồ địa hình nói riêng đã trở nên khá phổ biến, đồng thời đã phần nào đáp ứng được nhu cầu thành lập bản đồ của xã hội. Nhưng trong công tác đoán đọc điều vẽ trong phòng việc xác định các đối tượng trên ảnh hàng không thì chưa được hoàn thiện lắm vì nguồn thông tin vẫn còn hạn chế, do ảnh hàng không là ảnh toàn sắc vì vậy công tác đoán đọc, điều vẽ ngoài trời vẫn còn chiếm nhiều thời gian. Hơn nữa với những khu vực tư liệu trắc địa bản đồ không có, hoặc có nhưng rất ít không đủ cho nhu cầu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, thì việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn bằng ảnh hàng không có sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh là một hướng đi phù hợp. Xuất phát từ những ý tưởng trên tôi đã thực hiện đồ án này với tên đề tài: “ Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 bằng công nghệ đo ảnh số có sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh “ Nội dung chính của đề tài này được trình bày trong bốn chương: Chương 1.Bản đồ địa hình và các phương pháp thành lập bản đồ địa hình. Chương 2. Cơ sở lý thuyết và công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo ảnh số. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 2 - Chương 3. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 bằng phương pháp đo ảnh số có sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh. Chương 4. Thực nghiệm thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 khu vực lòng hồ công trình thuỷ điện. Để hoàn thành nhiệm vụ của đề tài, bản thân em không ngừng học tập, tìm hiểu công nghệ mới, tham khảo nhiều tài liệu và thực tập tham quan ở nhiều đơn vị sản xuất. Trong qua trình thực hiện, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quí báu có hiệu quả của các cán bộ kỹ thuật ở các đơn vị sản xuất, các thầy cô giáo trong khoa Trắc địa. Qua đây cho xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong bộ môn Đo ảnh và Viễn thám cùng các thầy cô trong khoa Trắc địa, đặc biệt cho em gửi lời biết ơn tới thầy giáo TS.Trần Đình Trí - người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài có hạn nên trong nội dung đồ án chắc chắn 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. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 6 / 2008 Sinh viên Vũ Văn Cường Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 3 - Chương 1. Bản đồ và các phương pháp thành lập bản đồ 1.1 . Khái niệm chung 1.1.1. Khái niệm về Bản đồ Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ của thực tế địa lý được ký hiệu hoá thể hiện các yếu tố đặc điểm một cách có chọn lọc. Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ và được khái quát hoá một phần bề mặt quả đất lên mặt phẳng nằm ngang theo phép chiếu hình bản đồ với những nguyên tắc biên tập khoa học. Bản đồ địa hình là loại bản đồ thể hiện một khu vực trên bề mặt trái đất trên đó bản đồ thể hiện những thành phần của thiên nhiên và kết quả hoạt động của con người mà mắt ta có thể cảm nhận được. Trên bản đồ phụ thuộc vào tỷ lệ, các đối tượng có trên bề mặt đất được chọn lọc biểu diễn, các đối tượng này chứa đựng lượng thông tin và nó phụ thuộc vào không gian, thời gian và mục đích sử dụng: - Tính không gian xác định khu vực được tiến hành đo vẽ thành lập bản đồ. - Tính thời gian ghi nhận trên bản đồ hiện trạng của bề mặt trái đất ở thời điểm tiến hành đo vẽ. - Mục đích sử dụng chi phối nội dung và độ chính xác thành lập bản đồ. * Mục đích sử dụng của BĐĐH Bản đồ địa hình có vai trò rất quan trọng trong khoa học và trong thực tiễn bao gồm: trong xây dựng công nghiệp, dân dụng, năng lượng, giao thông và trong các công trình khác. Bản đồ có nhiều tỷ lệ, ứng với mỗi loại tỷ lệ lại có những mục đích sử dụng khác nhau. - Bản đồ tỷ lệ lớn : thường được sử dụng để thiết kế mặt bằng xây dựng các công trình xây dựng, các thành phố, các điểm dân cư, để lập thiết kế kỹ thuật các xí nghiệp công nghiệp và các trạm phát điện, dùng để tiến hành thăm dò và tìm kiếm, thăm dò và tính toán trữ lượng các khoáng sản, dùng trong công tác quy hoạch và cải tạo đồng ruộng. - Bản đồ tỷ lệ trung bình; dùng trong công tác quy hoạch ruộng đất và làm cơ sở để đo vẽ thổ nhưỡng, thực vật, thiết kế các công trình thuỷ nông, dùng để chọn tuyến đường giao thông, để khảo sát các phương án xây dựng thành phố Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 4 - - Bản đồ tỷ lệ nhỏ; dùng trong quy hoạch và tổ chức các vùng kinh tế, để chọn các tuyến đường sắt, đường ôtô và kênh đào giao thông… 1.1.2. Cơ sở toán học của bản đồ địa hình Cơ sở toán học của BĐĐH nhằm đảm bảo độ chính xác của bản đồ, đáp ứng yêu cầu sử dụng, đồng thời có thể ghép nhiều mảnh bản đồ lại với nhau mà vẫn giữ được tính nhất quán. 1. Cơ sở trắc địa Cơ sở trắc địa của bản đồ được đặc trưng bởi Elipxoid trái đất và hệ thống mạng lưới khống chế trắc địa. * Hiện nay các bản đồ địa hình Việt Nam được thành lập trong hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN 2000 với các thông số như sau: - Elipxoid quy chiếu quốc gia là Elipxoid WGS-84. - Vị trí Elipxoid quy chiếu quốc gia là Elipxoid WGS-84 toàn cầu được xác định phù hợp với lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở sử dụng các điểm GPS cạnh dài có độ cao thuỷ chuẩn phân bố trên toàn bộ lãnh thổ. - Điểm gốc toạ độ quốc gia: Điểm N00 đặt tại khuôn viên viện nghiên cứu địa chính. Điểm gốc độ cao được lấy tại Hòn dấu Hải Phòng. * Hệ thống mạng lưới khống chế trắc địa: Hệ thống mạng lưới khống chế trắc địa: Là hệ thống các điểm được chọn và đánh dấu mốc vững chắc trên mặt đất, chúng liên kết với nhau tạo thành các mạng lưới. Mạng lưới khống chế trắc địa được xây dựng theo nguyên tắc từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp. Mạng lưới khống chế trắc địa nhà nước của Việt Nam cả về mặt phẳng và độ cao đều được xây dựng theo 4 hạng tuần tự là hạng I, hạng II, hạng III và hạng IV. Lưới hạng I phủ trùm quốc gia, lưới hạng II được chêm vào lưới hạng I, sau đó được chêm dày thêm bằng lưới hạng III và hạng IV. Tuỳ vào yêu cầu của công việc mà lập thêm các lưới khống chế cấp thấp hơn như: lưới giải tích, lưới đường chuyền hoặc lưới khống chế đo vẽ.Nhưng các lưới này phải đo nối với lưới khống chế nhà nước. Các quy định khác về cơ sở toán học phải tuân thủ theo các quy định của quy phạm hiện hành. 2. Phép chiếu bản đồ Bề mặt hình cầu của trái đất chỉ có thể được biểu thị đồng dạng trên quả dịa cầu, để nghiên cứu bề mặt traí đất một cách chi tiết chúng ta bắt buộc Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 5 - phải sử dụng bản đồ, vấn đề cần thiêt là phải biểu thị bề mặt hình cầu của trái đất lên mặt phẳng. Việc chuyển từ mặt Elipxoid lên mặt phẳng là nhờ phép chiếu bản đồ. Phép chiếu bản đồ thể hiện quan hệ toạ độ các điểm trên mặt đất và toạ độ các điểm trên mặt phẳng bằng phương pháp toán học. Tuỳ thuộc vào tính chất biểu diễn hoặc mặt phẳng phụ trợ ta có các phép chiếu khác nhau như: phép chiếu đồng góc, đồng diện tích, phép chiếu tự do, phép chiếu giữ độ dài theo một hướng nhất định, chiếu hình nón, chiếu hình trụ giả, hình nón giả và chiếu phương vị : a. Phép chiếu Gauss-kruger và hệ toạ độ phẳng Gauss-Kruger Hình 1.1. Phép chiếu Gauss-Kruger * Phép chiếu Gauss-Kruger : Là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc dùng để tính toạ độ của mạng lưới trắc địa cũng như tính toán lưới toạ độ bản đồ dung cho bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Phép chiếu chia bề mặt trái đất thành 60 múi mỗi múi 60 và đánh số thứ tự từ tây sang đông tính từ kinh tuyến gốc đi qua đài thiên văn Grennwich .Mỗi múi được chia thành hai phần đối xứng nhau qua kinh tuyến trục Diện tích của múi chiếu lớn hơn trên mặt cầu. Hệ số biến dạng trên kinh tuyến giữa bằng 1 và tăng từ kinh tuyến giữa về hai kinh tuyến biên giảm từ xích đạo về hai cực. * Hệ toạ độ vuông góc phẳng Gauss-Kruger ;Hệ toạ độ này được xây dựng trên mặt phẳng múi 60 của phép chiếu Gauss-Kruger. Trong đó nhận hình chiếu của kinh tuyến gốc làm trục X còn nhận Xích đạo làm trục. Như vậy ; nếu tính từ điểm gốc về phía Bắc X mang dấu dương, về phía nam mang dấu âm, còn Y về phía đông mang dấu dương về phía tây mang dấu âm Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 6 - Để tính toán tránh trị số Y âm người ta quy ước điểm gốc có toạ độ xo=0 và y0=500 km. Hình 1.2. Hệ toạ độ vuông góc phẳng Gauss-Kruger Để tính trị số kinh độ của kinh tuyến giữa múi thứ n nào đó ta sử dụng công thức sau: n = 60n - 30 ( 1. 1 ) b. Phép chiếu UTM và hệ toạ độ phẳng UTM Hình 1.3. Phép chiếu UTM * Phép chiếu UTM: Là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc thỏa mãn điều kiện kinh tuyến giữa là dường thẳng và trục đối xứng độ biến dạng về chiều dài và diện tích lớn nhất ở vùng giao nhau giữa xích đạo với kinh tuyến giữa và tại hai kinh tuyến biên. Tỷ lệ độ dài mo trên kinh tuyến trục là mo=0,9996 với múi 60 và mo=0.9999 với múi 30 . Trong phép chiếu UTM có hai đường chuẩn có giá trị mo=1 .Hai đường Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 7 - này đối xứng nhau qua kinh tuyến trục và cắt xích đạo tại những điểm cách kinh tuyến giữa một khoảng . Do đó trị số biến dạng trong phép chiếu UTM nhỏ hơn trong phép chiếu G-K. * Hệ toạ độ vuông góc phẳng UTM (N,E): Trong phép chiếu UTM hình chiếu của kinh tuyến giữa và xích đạo là hai đường thẳng vuông góc với nhau và được chọn làm hệ trục toạ độ. Đặc điểm của hệ toạ độ này được mô tả trong ( hình I-4), trong đó M là điểm cần xác định toạ độ O là giao điểm của hình chiếu kinh tuyến giữa O’Z và xích đạo O’E . Hình 1.4. Hệ toạ độ vuông góc phẳng UTM. Trong cùng một hệ quy chiếu toạ độ phẳng của lưới chiếu UTM được tính thong qua toạ độ phẳng của lưới chiếu gauss-Kruger theo công thức sau: XUTM = K0.XG (1.2) YUTM = K0.(YG - 500.000) 500.000 (1.3) UTM = G (1.4) Trong đó: K0 = 0.9996 cho múi 60 K0 = 0.9999 cho múi 30 (XUTM, YUTM ) là toạ độ phẳng của lưới chiếu UTM. (XG, YG) là toạ độ phẳng của lưới chiếu Gauss - Kruger. UTM và 0 là góc lệch kinh tuyến tương ứng của lưới chiếu UTM và lưới chiếu Gauss - Kruger. 3.Tỷ lệ bản đồ Tỷ lệ bản đồ là mức độ thu nhỏ của bề mặt trái đất khi biểu thị trên bản đồ .Trị số của tỷ lệ chung nhất thiết phải được chỉ rõ trên bản đồ có ba phương pháp thể hiện tỷ lệ. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 8 - - Tỷ lệ số: thể hiện bằng một phân số mà tử là 1 còn mẫu số thay cho mức độ thu nhỏ của mặt đất. Tỷ lệ này được viết dạng 1:10 000 hoặc 1/10 000. - Tỷ lệ chữ nêu rõ một đơn vị trên bản đồ tương ứng với độ dài là bao nhiêu đó ngoài thực địa. - Thước tỷ lệ: là hình vẽ có thể dùng nó để đo tên bản đồ. Thước tỷ lệ là thẳng hay xiên cho phép đo độ chính xác cao hơn. Về hệ thống tỷ lệ bản đồ ở nước ta bao gồm các tỷ lệ sau:1/1000000,1/100000, 1/50000, 1/25000, 1/10000 …..,1/2000 và lớn hơn. 4.Khung và lưới Khung bản đồ bao gồm khung trong và khung ngoài, khung trong giới hạn diện tích đo vẽ khung ngoài dùng để trang trí. Lưới trên bản đô có 2 loại lưới tọa độ địa lý hoặc lưới toạ độ vuông góc .trên bản đồ địa hình thường sử dụng lưới toạ độ vuông góc. 5. Hệ thống kí hiệu quy ước Là toàn bộ những ghi chú quy ước dung trên bản đồ một tỷ lệ nhất định của ý nghĩa nội dung và đặc tính sử dụng, hệ thống ký hiệu quy ước phải tuân theo quy phạm của nhà nước. Ký hiệu bản đồ là những hình vẽ được quy ước chung để biểu diễn cho những địa vật về mặt chất lượng cũng như số lượng. Trên bản đồ địa hình, khu vực được biểu diễn bằng một hệ thống ký hiệu quy ước cùng với chữ ghi các địa danh và các giải thích ngắn gọn. Ký hiệu cho biết hình dạng, vị trí không gian và những đặc tính của địa vật. Chúng rất dễ nhận thấy và dễ nhớ. Các địa vật cùng loại thường được biểu diễn bằng những ký hiệu có những nét giống nhau. Màu sắc, kích thước và đặc điểm trình bày kí hiệu cũng có một ý nghĩa nhất định. Trong bản đồ học, người ta phân ký hiệu ra làm ba loại là ký hiệu theo tỷ lệ, ký hiệu phi tỷ lệ và ký hiệu nửa tỷ lệ. - Ký hiệu theo tỷ lệ là những ký hiệu được sử dụng để biểu diễn những đối tượng có kích thước lớn. - Ký hiệu phi tỷ lệ là những ký hiệu được sử dụng để biểu diễn những địa vật có kích thước quá bé, không thể biểu diễn các đường nét của chúng theo tỷ lệ bản đồ. Đó là những biểu tượng hình học nhỏ hay những hình vẽ đơn giản của những đối tượng mà chúng tượng trưng. Một điểm nào đó trên hình vẽ sẽ được gắn toạ độ để chỉ đúng vị trí thực của địa vật ấy ngoài thực địa. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 9 - - Ký hiệu nửa tỷ lệ dùng để biểu thị những đối tượng chạy dài như sông, suối, đường, ranh giới. Ký hiệu nửa tỷ lệ là loại ký hiệu chỉ giữ được tỷ lệ theo chiều dài đối tượng. Chiều rộng của nó thường được biểu diễn tăng lên so với thực tế. Ngoài các nét vẽ- ký hiệu, trên bản đồ địa hình còn có thể thấy các chữ ghi địa danh, tên điểm dân cư, các chữ số độ cao, số dân, các chỉ số của rừng các chữ ghi này được trình bày bằng các màu sắc khác nhau, cỡ chữ to nhỏ khác nhau. Toàn bộ chữ ghi trên bản đồ giúp viêc truyền đạt thông tin về nội dung bản đồ nên cũng được coi là một loại ký hiệu. Để có được trữ lượng thông tin lớn, chữ ghi trên bản đồ được trình bày trên khuôn mẫu nhất định về cỡ chữ, kiểu chữ, độ nghiêng và màu sắc của chữ. Nguyên tắc ghi chú trên bản đồ phải tuân theo nguyên tắc đầu chữ quay lên trên, ngoài ra ghi chú đường phố sẽ ghi theo hướng đường phố. 6. Phân mảnh đánh số Phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ và lãnh thổ cần thành lập mỗi mảnh bản đồ của bản đồ nhiều mảnh được ký hiệu theo hệ thống nhất định dưới dạng tên ghi chú bổ sung cho tên chung của mảnh. Từ mảnh bản đồ 1: 1000000 chia thành 144 mảnh bản đồ 1 : 100000 có kích thước  =20’ và  =30’ được đánh số hiệu bằng chữ ả rập từ 1, 2, 3, …,144. Chia bản đồ 1 : 100000 thành 4 mảnh 1:50000 có kích thứoc  =10’ và  =15’ và được ký hiệu là A, B ,C và D . Từ mảnh 1:50 000 chia thành 4 mảnh 1:25000 có kích thước  =5’ và  =7’30” và được ký hiệu là a, b, c và d . Từ mảnh 1:25000 được chia làm 4 mảnh 1:10000 thước là  =2’30” và  =3’45” và được kí hiệu là 1, 2 ,3 và 4 . Từ mảnh 1:10000 chia làm 384 mảnh 1:5000 có kích thước là  =1’15” và  =1’15” và được đánh số hiệu bằng chữ ả rập từ 1, 2,..., đến 384. 1.1.3. Những tính chất cơ bản của BĐĐH - Tính trực quan của bản đồ: bản đồ cho ta khả năng bao quát và tiếp thu nhanh chóng những yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất của nội dung bản đồ.Nó phản ánh tri thức các đối tượng được biểu thị. Bằng bản đồ người sử dụng có thể tìm ra quy luật của sự phân bố các đối tượng và hiên tuợng trên bề mặt trái đất. - Tính đo được: đây là một tính chất quan trọng của bản đồ .Tính chất Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 10 - này có liên quan chặt chẽ với cơ sở toán học của bản đồ. Căn cứ vào tỷ lệ và phép chiếu của bản đồ, căn cứ vào các thang bậc của các ký hiệu quy ước người sử dụng bản đồ có khả năng xác định được rất nhiều các trị số khác nhau như: toạ độ, biên độ, khoảng cách, diện tích, thể tích, phương hướng và nhiều trị số khác. - Tính thông tin: đó là khả năng lưu trữ và truyền đạt cho người sử dụng những tin tức khác nhau về các đối tượng và các hiện tượng. 1.1.4. Nội dung của Bản đồ địa hình 1. Cơ sở toán học Địa vật định hướng là những đối tượng cho phép ta xác định vị trí nhanh chóng và chính xác trên bản đồ thường được biểu thị bằng các đối tượng phi tỷ lệ trên thực tế là những địa vật dễ nhận biết hoặc nhô cao so với mặt đất. Các điểm thuộc lưới khống chế cơ sở được biểu thị với mức độ chi tiết và độ chính xác phụ thuộc vào tỷ lệ cũng như mức độ sử dụngcủa bản đồ. Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 và lớn hơn các điểm khống chế trắc địa có chôn mốc cố định phải được biểu thị lên bản đồ. Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000 đến 1/100.000 biểu thị các điểm của mạng lưới trắc địa Nhà nước hạng I, II, III và IV, các điểm đường chuyền và các điểm thuỷ chuẩn. 2. Các điểm dân cư và các đối tượng kinh tế, văn hoá xã hội Các điểm dân cư là một trong những yếu tố quan trọng nhất của bản đồ địa hình. Tỷ lệ bản đồ địa hình càng lớn thì mức độ càng chi tiết, các điểm dân cư được đặc trưng bởi kiểu cư trú, số người và ý nghĩa hành chính - chính trị của nó. Khi thể hiện các điểm dân cư trên bản đồ phải giữ được đặc trưng về quy hoạch, cấu trúc. Trên các bản đồ tỷ lệ lớn thì sự biểu thị các điểm dân cư càng tỉ mỉ, phạm vi dân cư phải biểu thị khép kín bằng các ký hiệu tương ứng, nhà trong vùng dân cư phải biểu thị tính chất (chịu lửa, kém chịu lửa), quy mô (lớn, nhỏ, số tầng). Các công trình công cộng phải biểu thị tính chất kinh tế, xã hội, văn hoá của chúng như nhà máy, trụ sở uỷ ban, bưu điện… 3. Thuỷ hệ và các công trình liên quan Các yếu tố thuỷ hệ được biểu thị tỉ mỉ, trên bản đồ địa hình biểu thị các đường bờ biển, bờ hồ, sông, ngòi, mương, kênh, rạch,…Các đường bờ nước được thể hiện trên bản đồ theo đúng đặc điểm của từng kiểu đường bờ. Đồng Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 11 - thời còn phải thể hiện các thiết bị phụ thuộc thuỷ hệ như các bến cảng, trạm thuỷ điện, đập… Sự biểu thị các yếu tố thuỷ hệ còn được bổ sung bằng các đặc trưng chất lượng như độ mặn của nước, độ sâu và rộng của sông, tốc độ dòng chảy… 4. Mạng lưới đường giao thông Trên các bản đồ địa hình mạng lưới đường được thể hiện tỉ mỉ về khả năng giao thông và trạng thái của đường. Mạng lưới đường được thể hiện chi tiết hoặc khái lược và tuỳ thuộc vào tỷ lệ của bản đồ, cần phải phản ánh đúng mật độ của lưới đường, hướng và vị trí của các con đường, chất lượng của chúng.Khi lựa chọn phải xét đến ý nghĩa của đường. Phải biểu thị những con đường đảm bảo mối liên hệ giữa các điểm dân cư với nhau, với các ga xe lửa, các bến tàu, sân bay… Trên các bản đồ tỷ lệ lớn phải biểu thị tất cả các con đường như : đường sắt, đường ô tô, đường rải nhựa, đường đất lớn-nhỏ, đường mòn, chú ý biểu thị vị trí hạ hoặc nâng cấp đường, biển chỉ đường, cầu cống, cột cây số… 5. Lớp phủ thực vật - thổ nhưỡng Trên các bản đồ địa hình biểu thị các loại rừng, vườn cây, đồn điền, ruộng, đồng cỏ, tài nguyên, cát, đất mặn, đầm lầy… Ranh giới các khu thực phủ và của các loại đất được biểu thị bằng các đường nét đứt hoặc dãy các dấu chấm, ở diện tích bên trong đường viền thì vẽ các ký hiệu quy ước đặc trưng cho từng loại thực vật hoặc đất. Ranh giới của các loại thực vật và đất cần được thể hiện chính xác về phương diện đồ hoạ, thể hiện rõ ràng những chỗ ngoặt có ý nghĩa định hướng. 6. Ranh giới Bản đồ địa hình khi thể hiện ranh giới, địa giới hành chính thì ngoài đường biên giới quốc gia còn thể hiện đầy đủ địa giới hành chính của các cấp. Các đường ranh giới phân chia hành chính cần phải thể hiện rõ ràng chính xác theo địa giới hành chính, theo các tài liệu của Nhà nước. Các mốc địa giới khi đo vẽ phải xác định chính xác và vẽ đúng vị trí. Đường ranh giới hành chính cấp cao được thay thế cho đường ranh giới hành chính cấp thấp và được khép kín. Ranh giới thực vật và các địa vật khác được phân ra làm hai loại, loại chính xác và loại không chính xác thể hiện bằng ký hiệu tương ứng. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 12 - Các đường ranh giới phân chia hành chính - chính trị đòi hỏi phải thể hiện rõ ràng, chính xác và theo đúng quy định trong quy phạm. 7. Dáng đất Dáng đất trên bản đồ địa hình được biểu thị bằng các đường bình độ và các điểm độ cao. Ngoài đường bình độ và độ cao ra còn sử dụng rất nhiều các ký hiệu khác bổ trợ để mô tả rõ hơn đặc điểm của các phần tử và dạng tiểu địa hình như đèo hố, gò, vách sụt, vách đá, bãi đá, ngọn đá. Như vậy bằng việc sử dụng các ký hiệu mô tả được các kiểu địa hình khác nhau như : Địa hình đồi núi, địa hình bằng phẳng, địa hình cát, địa hình đầm lầy… Quy định chung trên một tờ bản đồ chỉ có một khoảng cao đều, trong trưòng hợp địa hình có đột biến như núi và đồng bằng kề nhau, chen nhau thì cho phép trên một mảnh bản đồ có hai loại khoảng cao đều. 1.1.5. Độ chính xác của nội dung bản đồ địa hình - Sai số trung phương của điểm khống chế mặt phẳng ảnh so với điểm khống chế nhà nước gần nhất không vượt quá 0.2 mm theo tỷ lệ bản đồ ở vùng quang đãng, và 0.3mm trên bản đồ ở vùng ẩn khuất. - Sai số giới hạn của điểm khống chế độ cao đo vẽ sau bình sai so với độ cao của mốc độ cao gần nhất không vượt quá 1/5 khoảng cao đều cơ bản ở vùng đồng bằng và 1/3 khoảng cao đều ở vùng rừng núi. - Sai số trung bình vị trí mặt phẳng các địa vật cố định, chủ yếu so với điểm khống chế đo vẽ gần nhất 0.5mm trên bản đồ, đối với địa vật thứ yếu không quá 0.7mm. - Trong thành phố và khu công nghiệp sai số tương hỗ giữa các địa vật cố định, quan trọng không được lớn hơn 0.4mm. - Sai số trung bình đo vẽ dáng đất so với điểm khống chế độ cao gần nhất,tính theo khoảng cao đều cơ bản không vượt quá1/4 khoảng cao đều đối với vùng bằng phẳng và 1/3 khoảng cao đều so với vùng rừng núi. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 13 - Các Phương pháp thành lập bản đồ Đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa Đo vẽ bằng ảnh chụp Phương pháp toàn đạc Biên tập từ bản đồ tỷ lệ lớn Phương pháp Đo ảnh đơn Phương pháp Đo ảnh lập thể Phương pháp bàn đạc Phương pháp phối hợp trên nền ảnh nắn quang cơ Phương pháp phối Hợp ảnh nắn và kỹ thuật số hoá Phương pháp đo ảnh tương tự Phương pháp đo ảnh giải tích Phương pháp đo ảnh số Phương pháp đo GPS động 1.2. Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình Từ tính chất đa dạng của các thể loại bản đồ mà việc phân loại các phương pháp thành lập bản đồ phải mang tính tổng quát cao. Dưới đây là mô hình các phương pháp thành lập bản đồ thông dụng nhất. Hình 1.5.Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình. 1.2.1.Phương pháp đo vẽ trực tiếp 1 . Phương pháp bàn đạc Đo vẽ bản đồ bằng phương pháp bàn đạc là sử dụng bàn đạc vừa tiến hành đo và vẽ bản đồ trực tiếp ngoài thực địa, khi đo xong ngoài thực địa thì bản vẽ cũng hoàn thành cơ bản, công tác trong phòng chỉ còn tiến hành tu sửa chỉnh lí Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 14 - và can vẽ. Do đo vẽ ngay ngoài thực địa nên bản vẽ mô tả được đầy đủ dáng địa hình, địa vật của khu vực. Nhưng phương pháp bàn đạc cho năng suất lao động thấp, chính vì vậy phương pháp này hiện nay không còn được sử dụng trong sản xuất. 2. Phương pháp toàn đạc Hình 1.6. MáyTC -305 và máy Nikon – DTM330 Thiết bị dùng để đo vẽ là các loại máy kinh vĩ quang cơ hoặc là máy toàn đạc điện tử. Công tác đo vẽ chi tiết được tiến hành từ các trạm đo,các trị số đo được ghi vào sổ đo hoặc được lưu trong bộ nhớ của máy như máy Set 2a,2b,2c,Nikon ,TC,TCR hay Topcon…và vẽ sơ hoạ hình học của các điểm chi tiết. Việc tính toán và biên tập bản đồ thông qua các phần mềm xử lý số liệu, đo vẽ chuyên dụng. Đây là phương pháp truyền thống và được sử dụng rộng rãi nhất đảm bảo độ chính xác rất cao cho từng điểm đo, rất tiên lợi cho việc thành lập bản đồ tỷ lệ lớn và cực lớn. Bên cạnh những ưu điểm đó thì phương pháp còn tồn tại những nhược điểm nhất định như: thời gian làm việc ngoài trời kéo dài, chịu ảnh hưởng lớn của thời tiết, hạn chế tầm thông hướng, năng suất lao động không cao, và đặc biệt là hạn chế khả năng ứng dụng các thành tựu của khoa học kỹ thuật. 3. Phương pháp đo GPS động Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật phương pháp đo GPS động đã được áp dụng voà công tác thành lập bản đồ địa hình trực tiếp bằng phương pháp Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 15 - ngoài trời .phương pháp này cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm với các điểm đã biết, trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong 1 phút. Theo phương pháp này thì phải cần ít nhất là hai máy thu (một máy đặt cố định gọi là trạm Base còn một máy di động lần lượt đến các điểm đo cần xác định) và một cạnh đã biết toạ độ (tại đó đặt trạm Base ). Viêc sử lý số liệu được thực hiện hoàn toàn trong phòng với sự hỗ trợ của máy tính và các phần mềm chuyên dụng như GPSurvey… 1.2.2. Phương pháp đo vẽ bằng ảnh chụp Bản chất của phưong pháp đo ảnh là một phương pháp đo gián tiếp thông qua hình ảnh hoặc các nguồn tin thu nhận được của đối tượng đo. Nhiệm vụ của phương pháp đo ảnh là xác định trạng thái hình học của đối tượng đo bao gồm vị trí, hình dáng, kích thước và mối quan hệ tương hỗ của các đối tượng đo. Phương pháp đo ảnh có hai quá trình cơ bản: Quá trình thứ nhất: là quá trình thu nhận hình ảnh hoặc các thông tin ban đầu của đối tượng đo, được thực hiện trong một thời điểm nhất định với nhiều phương thức khác nhau. Quá trình này được thực hiện bằng phương pháp chụp ảnh quang học theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm hay phương pháp quét ảnh điện tử với hai phương thức: 1.Chụp ảnh trên không; tức là thiết bị chụp ảnh được đặt trên các thiết bị trên không như: máy bay, vệ tinh nhân tạo hay trên các tàu vũ trụ con thoi. Hình ảnh thu được là các ảnh hàng không hoặc ảnh vệ tinh. 2.Chụp ảnh mặt đất; tức là thiết bị chụp ảnh được đặt trên mặt đất để chụp Quá trình thứ hai; là quá trình dựng lại và đo đạc trên mô hình của đối tượng đo từ các thông tin thu được có thể thực hiện bằng 3 phương pháp cơ bản: phương pháp tương tự, phương pháp giải tích và phương pháp số. Phương pháp đo ảnh được áp dụng cho những khu đo rộng lớn và có địa hình phức tạp, bị chia cắt. Trong đo ảnh thường được sử dụng 2 phương pháp là: phương pháp đo vẽ phối hợp và phương pháp đo ảnh lập thể . 1. Phương pháp đo vẽ phối hợp Đo vẽ phối hợp là phương pháp thành lập bản đồ dựa trên hình ảnh của đối tượng đo vẽ được chụp trên ảnh hàng không kết hợp với công tác điều vẽ và đo vẽ bổ sung ngoài thực địa. Phương pháp đo vẽ phối hợp thường được áp dụng cho vùng bằng phẳng có độ chênh cao địa hình không lớn,nó được áp dụng để đo vẽ địa hình khi mà Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 16 - độ chính xác đo độ cao của phương pháp đo ảnh lập thể không đáp ứng được. Phương pháp đo vẽ phối hợp được thực hiện theo quy trình công nghệ hình sau: Hình 1.7. Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo vẽ phối hợp. Khi tăng dày khống chế ảnh nếu thực hiện theo phương pháp tam giác ảnh không gian giải tích thì thực hiện theo nhánh 1 còn nếu thực hiện theo phương pháp ảnh không gian số thì theo nhánh 2. 2. Đo ảnh lập thể Đo ảnh lập thể là phương pháp có khả năng khái quát địa hình tốt nhất so với tất cả các phương pháp khác. Ngày nay nhờ có các thiết bị hiện đại và bằng các phương pháp xử lý ảnh số, phương pháp này có thể thoả mãn độ chính xác thành lập bản đồ tỷ lệ 1: 1000 và nhỏ hơn. Do đo vẽ trên mô hình nên phương pháp lập thể hầu như hạn chế được đến mức tối đa ảnh hưởng của Phim ảnh hàng không Tăng dày khống chế ảnh Biên tập bản đồ In bản đồ và lưu trữ jftf Quét ảnh Đo nối khống chế ảnh 2 1 Nắn ảnh Tạo bình đồ ảnh Điều vẽ và đo vẽ địa hình ngoại nghệp Số hoá nội dung địa vật Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 17 - thời tiết và địa hình. Đặc biệt với bản đồ tỷ lệ trung bình và tỷ lệ bé thì không có phương pháp nào cho độ chính xác cao hơn phương pháp đo ảnh lập thể . Phương pháp đo ảnh lập thể được thực hiện theo quy trình công nghệ sau: Hình 1.8. Quy trình công nghệ đo ảnh bằng ảnh lập thể. Đo vẽ nội dung địa vật thực chất là tiến hành vector hoá các yếu tố địa vật trên mô hình lập thể trực tiếp trên màn hình vi tính bằng các phần mềm chuyên dụng. Khi tăng dày khống chế ảnh không gian theo giải tích thì thực hiện theo nhánh 1 còn khi tăng dày khống chế ảnh bằng TGAKG số thì theo nhánh 2. Có thể nói phương pháp này được áp dụng các thành tựu tiên tiến của khoa học vào sản xuất để giải phóng con người khỏi lao động vất vả đồng thời nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm. ở nước ta trong những năm gần đây công nghệ ảnh số đã và đang được nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất. Đó là phương pháp thành lập bản đồ địa hình mới nhất hiên nay. Với sự phát triển của công nghệ tin học và máy tính Điều vẽ và đo vẽ bổ sung Phim ảnh hàng không Tăng dày khống chế ảnh Xây dựng mô hình lập thể Đo vẽ địa vật Biên tập bản đồ In bản đồ và lưu trữ Đo nối khống chế ảnh Tạo mô hình số độ cao Nội suy đường bình độ Quét ảnh1 2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 18 - toàn bộ quá trình tăng dày khống chế ảnh, đo ảnh trên máy toàn năng được thay thế bằng công tác đo vẽ ảnh số. Tuy nhiên phương pháp còn có những nhược điểm nhất định; cho độ chính xác không cao lắm do chịu ảnh hưởng của nhiều nguồn sai số. 1.2.3. Thành lập bản đồ bằng phương pháp biên tập từ bản đồ tỷ lệ lớn hơn Thực chất của phương pháp là số hoá bản đồ giấy có sẵn được quét bằng máy quét ảnh. Bản đồ sau khi quét có dữ liệu dạng raster sau đó sử dụng chương trình IrasC trong bộ phần mềm Microsation để nắn ảnh theo các mấu khung đã chọn trước tỷ lệ. Sau đó tiến hành vector hoá các đối tượng ảnh dưới dạng line, polyline, circle,… Trong quá trình số hoá, biên tập bản đồ phải đặc biệt chú ý tới tổng quát hoá và khái quát hoá các nội dung thể hiện chi tiết trên bản đồ tỷ lệ lớn. Việc biên tập bản đồ từ bản đồ có tỷ lệ lớn hơn thường được sử dụng để làm mới bản đồ: thành lập các bản đồ tỷ lệ trung bình, tỷ lệ bé; thành lập các loại bản đồ chuyên đề. Độ chính xác của bản đồ cần thành lập phụ thuộc vào độ chính xác của bản đồ tài liệu và phương pháp chuyển vẽ. Phương pháp này có ưu điểm là thành lập bản đồ bằng phương pháp trong phòng với thời gian ngắn và rẻ tiền. Một nhược điểm lớn nhất của phương pháp thành lập bản đồ này là cho độ chính xác thành lập bản đồ thấp, do có nhiều nguồn sai số chính vì vậy giá trị sử dụng phần lớn chỉ mang tính biểu thị. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 19 - Chương 2. Cơ sở lý thuyết và công nghệ thành lập BĐĐH bằng phương pháp đo ảnh số 2.1.Cơ sở lý thuyết đo ảnh số 2.1.1.Khái niệm về ảnh số ảnh số là tư liệu ảnh được mã hoá theo các thông tin bức xạ của các đối tượng chụp ảnh. ảnh số bao gồm thông tin về vị trí của điểm ảnh và độ xám của đối tượng, quá trình tạo ra ảnh số được gọi là quá trình số hoá ảnh, quá trình số hoá ảnh bao gồm: rời rạc hoá vị trí điểm ảnh và rời rạc hoá giá trị độ xám ảnh. ảnh số được tạo bởi mảng hai chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thước được gọi là pixel. Mỗi pixel được xác định bởi toạ độ hàng (i), cột(j) và giá trị độ xám(D). Tất cả các điểm trên một pixel có cùng một giá trị toạ độ. Toạ độ hàng và cột của mỗi pixel đều là số nguyên. Còn giá trị độ xám của mỗi pixel nằm trong thang độ xám từ 0 đến (2n - 1) mức với n là số bit. Với ảnh chụp đen trắng hiện nay thì phổ biến nhất là ảnh số 8 bit (8 bit = 1 byte) với thang độ xám từ 0 đến 28 - 1 = 255. ảnh màu thường lưu trữ trên 3 băng màu có băng: đỏ - lục - lam, và mỗi băng có 256 mức xám. Toạ độ số hoá của một điểm ảnh bất kỳ được xác định bởi công thức:     y x j.yy i. xx (2.1) Trong đó: x,y là toạ độ của pixel. i,j là thứ tự hàng cột của pixel đó. i = 0,1,2…M j = 0,1,2…N M,N là các số nguyên. x,y là bước nhảy số hoá ( kích thước của pixel ). Khi lấy x = y thì pixel có dạng hình vuông và Hệ toạ độ của pixel sẽ lấy gốc ở điểm trên bên trái của tấm ảnh. (Hình 2.1) Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 20 - Hình 2.1. Hệ toạ độ mặt phẳng ảnh và Hệ toạ độ pixel Kích thước pixel càng nhỏ lượng thông tin càng lớn, độ phân giải càng cao làm cho kích thước của file ảnh càng lớn. Giá trị độ xám D được biểu diễn dưới dạng ma trận độ xám D(m,n). Giá trị D[m,n] biểu diễn cường độ sáng được mã hóa của mỗi điểm ảnh (x,y). Giá trị đó còn được gọi là mức xám (grey level). Vậy D[m,n] có giá trị rời rạc và để tiện xử lý, ta lấy giá trị của D[m,n] là nguyên: D[m,n]{0, 1, 2, … L-1}; với L là mức xám tối đa sử dụng dể biểu diễn độ xám. Mã hóa hiện nay đang được sử dung nhiều nhất và phổ thông nhất trong công nghệ đo ảnh số là 256 mức. Do vậy với 256 mức độ xám, thì mỗi pixel của ảnh số được mã hóa bằng 8 bit. Khi một ảnh tương tự đã được quét - được số hóa là nó đã được biểu diễn bằng một mảng hai chiều có m hàng và n cột với m*n pixel. Mỗi pixel có một trong 256 mức xám. Ma trận độ xám của các pixel D(m,n) có dạng:           nm,m,2m,1 n2,2,22,1 n1,1,21,1 ...DDD ... ...DDD ...DDD ; ( 2.2 ) Trong (2.2) mỗi pixel có gái trị độ xám là D và có vị trí là các chỉ số hàng và cột. Số hàng được tính từ 1 đến m và số cột được tính từ 1 đến n. Độ lớn (dung lượng) của một file ảnh quét (chưa nén) có thể được tính theo công thức: o x (cột) (hàng) 0y Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 21 - Dung lượng File (bytes) =  iP8bit bit/pixel ; ( 2 .3 ) Với ∑Pi - tổng số pixel của ảnh số (bằng m*n); Thí dụ khi quét một ảnh hàng không đen trắng có kích thước 230*230mm với độ phân giải quét ảnh 15m, ta có: - Số pixel trên một dòng quét là 15 333 ; 1 pixel = 8 bit = 1 byte. Như vậy dung lượng của file ảnh số là: 15 333*15 333 =235.100.889 bytes = 235MB. Nếu quét một ảnh màu có kích thước tương tự, ta có độ lớn của file ảnh số sẽ là 235*3 = 705 MB. Đối với ảnh vệ tinh dạng số thì mỗi phần tử ảnh của pixel thể hiện một khu vực bề mặt trái đất. Giá trị độ xám của pixel được tính bằng trị trung bình của độ phản xạ phổ của toàn bộ khu vực nằm trong phạm vi của pixel. 2.1.2. Các tính chất cơ bản của ảnh số: 1 .Lượng tử hoá ảnh: Lượng tử hoá ảnh là bước chuyển từ thông tin liên tục sang thông tin rời rạc của ảnh hay còn gọi là quá trình số hoá ảnh. Sau khi lượng tử hoá ảnh thu được ảnh rời rạc về không gian và về tín hiệu bức xạ. Quá trình lượng tử hoá bao gồm 2 bước: - Rời rạc hoá về mặt không gian, bước này tạo ra tấm ảnh bao gồm các phần tử ảnh (pixel). Kích thước của pixel gọi là độ phân giải của ảnh, quá trình này được thực hiện thông qua bộ cảm biến quét ảnh CCD ( Change Couple Device). - Rời rạc hoá về bức xạ: đây là quá trình chia tấm ảnh thành các phần, mỗi phần sẽ được gán cho một giá trị độ xám. Trên thực tế người ta tiến hành rời rạc hoá về mặt không gian sau đó gán giá trị độ xám cho pixel luôn .như vậy mỗi pixel có một giá trị độ xám duy nhất. Có ba phương pháp gán thương sử dụng đó là : phương pháp người láng giềng gần nhất, phương pháp nội suy hàm song tuyến và phương pháp xoắn bậc ba. 2 . Giá trị xám: a. Biểu đồ cột giá trị độ xám hay lược đồ xám của ảnh : Giá trị xám của một ảnh được biểu diễn bằng biểu đồ cột giá trị độ xám hay gọi là lược đồ xám ( Histogram ) .Lược đồ xám cung cấp tần suất xuất hiện của mỗi mức độ xám. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 22 - Hình 2.2.Lược đồ xám của một ảnh Lược đồ xám được biểu diễn trong một hệ toạ độ vuông góc ,trong đó trục hoành biểu diễn mức xám từ 0 đến N ( N là số mức xám cần xét ), trục tung biểu diễn số điểm ảnh có cùng mức xám. Lược đồ xám là một phương tiện trợ giúp trong kỹ thuật phân tích ảnh theo phương pháp thống kê. Dựa vào lược đồ xám của ảnh ta có thể suy ra các tính chất quan trọng của ảnh, như giá trị xám trung bình hoặc độ tản mạn của giá trị xám. Mục đích của biểu đồ cột giá trị độ xám là : - Cung cấp tần suất xuất hiện biểu đồ cột giá trị độ xám . - Giúp nâng cao khả năng nâng cao chật lượng ảnh số. b. Ma trận chuyển tiếp các giá trị xám Ma trận chuyển tiếp các giá trị xám là một công cụ hỗ trợ để có thể có được những nhận xét về cấu trúc của một ảnh. Do đó cần phải tính toán xác định mối quan hệ về giá trị xám giữa hai điểm ảnh trên một khoảng cách cho trước. 2.2. Tổng quan về các Hệ thống đo vẽ ảnh số Sự phát triển nhảy vọt của công nghệ tin học với tốc độ xử lý của máy tính cá nhân ngày càng được cải thiện, đã tác động mạnh mẽ đến công nghệ đo ảnh số. Xu thế phát triển của hệ thống thiết bị đo ảnh số đang chuyển dịch dần từ những máy tính trạm (WorkStation) to lớn cồng kềnh sang máy tính cá nhân (PC) đơn giản và phổ cập. Năm 1999 Cục Bản đồ quận sự đã nhập các hệ thống phần mềm đo và ảnh số Photomod (Nga) và 3D-Mapper (úc)làm việc trên các PC thông thường. H(g) N0 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 23 - Hệ thống đo ảnh số được mô tả như sau: Hình 2.3. Hệ thống đo ảnh số. ảnh tương tự được số hóa qua quá trình quét ảnh trên các máy quét (PhotoScanner) có độ phân giải cao. Sau đó ảnh số được đưa vào máy tính (Trạm đo ảnh số) cùng với các số liệu trắc gốc, như tọa độ độ cao của các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, các số liệu đo được trong quá trình bay chụp ảnh ...Trạm đo ảnh số có khả năng thực hiện các chức năng của các công đoạn đo vẽ ảnh bằng các hệ thống thiết bị phần cứng và phần mềm tương ứng. Sản phẩm nhận được từ quá trình xử lý ảnh rất đa dạng, phụ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng; có thể là bản đồ số, bản đồ giấy, ảnh nắn hay bình đồ trực ảnh, mô hình số địa hình - DTM, mô hình số độ cao - DEM...; có thể được ghi ra đĩa CD-ROM để lưu trữ; cũng có thể được hiển thị trên màn hình để quan sát. Mọi thông tin về bề mặt địa hình có thể kiết xuất sang các hệ thống thông tin địa lý - GIS, hay hệ thông tin đất đai - LIS nhằm kết hợp với các nguồn thông tin khác nhau để lưu trữ, quản lý, phân tích và khai thác một cách có hiệu quả nhất phục vụ cho nhu cầu của các ngành kinh tế quốc dân và quốc phòng. Việc ứng dụng công nghệ đo ảnh số trong sản xuất đã đem lại hiệu suất lao động và hiệu quả kinh tế cao; giảm cường độ lao động nặng nhọc đơn điệu của tác nghiệp viên, nâng cao độ chính xác của thành quả; đồng thời quy trình sản xuất còn cho ra các sản phẩm đa dạng và hoàn hảo hơn nhiều so với các ảnh tương tự (hàng không, mặt đất) Máy quét (PhotoScanner) Số liệu gốc (số liệu trắc địa) ảnh số (chụp từ các máy chụp ảnh số, ảnh vệ tinh) trạm đo ảnh số Cung cấp thông tin cho GIS/LIS Thiết bị ghi, in (Bản đồ giấy, bản đồ số...) Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 24 - công nghệ đo ảnh truyền thống trước đây. ở Việt Nam hiện nay, công nghệ đo ảnh số đang ở giai đoạn bắt đầu ứng dụng và đang dần chứng tỏ được ưu thế hiện đại của nó trong thực tế sản xuất. Nhưng do thiết bị quá đắt, mặt khác khả năng khai thác công nghệ mới còn kém hiệu quả. Chính vì vậy, vấn đề cần được quan tâm hiện nay là khẩn trương đào tạo các cán bộ kỹ thuật có thể khai thác có hiệu quả các thiết bị và công nghệ mới; đổi mới quy trình, ứng dụng vào thực tiễn sản xuất những thành tựu mới nhất, tiên tiến nhất phù hợp với xu thế phát triển của thế giới. 2.3. Cấu trúc của hệ thống xử lý ảnh số Để thực hiện được các chức năng đo vẽ ảnh, hệ thống đo vẽ ảnh số gồm các thiết bị sau: - Máy quét ảnh (PhotoScanner); - Trạm đo ảnh số (ImageStation); - Máy in (Ploter). Các thiết bị trên liên kết với nhau tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. 2.3.1. Máy quét ảnh (PhotoScanner) Trong công nghệ xử lý ảnh số, máy quét ảnh là thiết bị quan trọng, đảm nhiệm thông tin đầu vào nhằm biến đổi ảnh tương tự thành dạng ảnh số hoàn toàn tự động. Đây chính là khâu quan trọng và cần thiết nhất, độ chính xác của quá trình quét ảnh quyết định tới độ chính xác của tất cả các công đoạn xử lý ảnh tiếp theo. Máy quét ảnh là thiết bị đầu vào thực hiện chức năng biến đổi ảnh tương tự (ảnh của đối tượng được ghi nhận trên bề mặt của các vật liệu cảm quang) thành ảnh số. Máy quét ảnh là nền tảng của các kĩ thuật xử lý ảnh số được nhiều hãng như Optronics (USA), Scitex (Israel), Syscan (Nauy), Laserscan (Anh).... Trong đó có 2 hãng nổi tiếng nhất trên thế giới là Helava - Leica (Mỹ - Thuỵ Sỹ) và Carl Zeiss (Đức) sản xuất. Với tiến bộ của các thiết bị ghi hình CCD, và nhờ có tính ổn định cao về hình học, nên các máy quét ảnh dùng CCD được ứng dụng phổ biến. Hiện nay, ở các cơ sở sản xuất ở nước ta sử dụng các máy quét SKAI và PSI, với các đặc trưng kĩ thuật như sau: - Máy quét SKAI: + Độ chính xác hình học của máy là 2 m; Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 25 - + Độ phân giải quét ảnh có các bậc: 7, 14, 21, 28, 56, 112 và 224 m ; + Kích thước phim lớn nhất có thể quét được là: 250x250mm; + Có thể quét phim đen trắng, phim cuộn, phim tấm; phim âm, phim dương. Máy quét SKAI được điều khiển bằng phần mềm quét phim Photodis - SC cài đặt trong máy tính Silicon Graphic trên hệ điều hành Unix-Iris. - Máy quét PSI: + Độ chính xác hình học của máy là 2 m ; + Độ phân giải quét ảnh có các bậc: 7.5, 15, 22.5, 30, 60, và 120 m; + Kích thước phim lớn nhất có thể quét được là: 250x250mm; + Có thể quét phim âm, dương bản, ảnh đen trắng, màu. Máy quét PSI được điều khiển bằng phần mềm được cài đặt trong máy tính trên hệ điều hành Window. Với cả hai dạng máy quét nêu ở trên, sự chuyển động được điều khiển và điều chỉnh bằng các hệ thống môtơ chính và phụ. Các thiết bị này nhận các thông tin từ các tiêu chuẩn cố định - các mã chuyển động thẳng và quay với các tính toán rất nhỏ và chính xác, cỡ 1m. Thông qua đó các sai số do hạn chế về cấu tạo cơ học của hệ thống mô tơ đều được kiểm tra trong các quá trình chuyển động. 2.3.2.Trạm đo ảnh số - DPWS (Digital Photogrammetric WorkStation) Trạm đo ảnh số có chức năng xử lý các thông tin đưa vào như ảnh số, các số liệu trắc địa gốc, các số liệu đo trong quá trình bay chụp ảnh ..., cũng như chức năng điều khiển các thiết bị đầu vào, đầu ra của toàn bộ hệ thống. Trạm đo ảnh số phải là máy tính cỡ lớn, máy PC có cấu hình mạnh hay các WorkStation có bộ nhớ lớn mà tốc độ xử lý nhanh. Sơ đồ của trạm đo ảnh số có thể mô tả tổng quát như sau: Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 26 - Hình 2.4. Trạm đo ảnh số. Một mạng máy chủ của trạm đo ảnh số gồm các thành phần sau: - Một bộ xử lý trung tâm có tốc đô xử lý nhanh; - Bộ xử lý đồ họa; - Màn hình lập thể có độ phân giải cao; - Đĩa cứng có dùng lượng cao hàng chục GB, có khả năng lưu trữ được nhiều ảnh; - Các thiết bị chuẩn như: bàn phím chuột 3D, các thiết bị hỗ trợ quan sát lập thể. Ngoài ra có thể nối mạng với các PC khác có thể có cấu hình kém hơn để thực hiện các chức năng hỗ trợ, chức năng phụ khác để khai thác hết tài nguyên của máy chủ. Hiện nay, xu thế của công nghệ đo ảnh số đang chuyển dần từ trạm làm việc (WorkStation) sang các PC thông thường có cấu hình tối thiểu như sau: sử dụng hệ điều hành Window 95, 98, NT là các máy Pentium II, III: 16MB Ram, cạc màn hình 2MB có độ phân giải cao - (thí dụ tram ảnh số Photomod của Nga). 2.3.3. Máy in Cũng như trong các công nghệ đo vẽ truyền thống, sản phẩm của đo vẽ ảnh số là bản đồ có thể được thể hiện trên giấy. Để thực hiện chức năng này trong hệ thống đo vẽ ảnh số người ta sử dụng thêm máy in (Ploter). Máy in là thiết bị đầu ra cho phép chuyển đổi dữ liệu số sang dữ liệu dạng đồ họa đưa ra giấy, nhựa trong, màng khắc, hay các loại nền chuyên dụng khác... Màn hình lập thể độ phân giải cao cao -Bộ xử lý trung tâm (CPU) - Bộ xử lý đồ họa -Băng từ R/W - Đĩa quang, CD-ROM - Đĩa mềm Thiết bị điều khiển ngoại vi -Bàn phím - Chuột -Hệ thống nhìn lập thể Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 27 - 2.4. Giới thiệu một số trạm và hệ thống phần mềm xử lý ảnh số 2.4.1. Trạm đo vẽ ảnh số ImageStation Hệ thống đo vẽ ảnh số của hãng Intergraph bao gồm các thiết bị phần cứng và hệ thống phần mềm có thể thực hiện được mọi chức năng biến đổi ảnh thành bản đồ. 1. Phần cứng Trong những năm gần đây hãng Intergraph đã liên tiếp đổi mới và cho ra các thế hệ trạm đo ảnh số như: ImageStation 6887 (năm 1995) hoạt động trên hệ điều hành UNIX, ImageStation Z (năm 1997), ImageStation ZII và trạm đo ảnh số ISSK(ImageStation Stereo Softcopy Kit - năm 1998). - Trạm đo ảnh số ImageStation 6887 là một tram làm việc WorkStation có bộ nhớ lớn và tốc độ xử lý nhanh, bao gồm: + Bộ nhớ RAM: 64Mb; + Màn hình cho phép nhìn lập thể VI-50, kích cỡ 27" độ phân giải cao, 24 bit màu; + Bộ xử lý đồ họa EDGE II có khả năng tăng cường chất lượng hiển thị đồ họa; + Bộ phát xạ tia hồng ngoại và kính lập thể tinh thể lỏng cho phép hiên thị và quan sát lập thể 3 chiều một cách thuận lợi và dễ dàng; + Bộ xử lý nén và giải nén JPEG cho phép đọc ảnh quét với độ phân giải cao và giảm tối đa kích thước của file ảnh số. + Dung lượng ổ đĩa cứng 5Gb với 2.1 Gb phục vụ cho lưu trữ hệ thống UNIX và các phần mềm cần thiết. Ngoài ra còn có các ổ đĩa băng từ, đĩa CD- ROM, đĩa quang, đĩa mềm phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu với bên ngoài; + Bộ chuột, tiêu đo lập thể HHC (10 nút) và bàn phím chuyên dụng. Về thực chất, trạm đo ảnh số ImageStation 6887 là máy tính trạm WorkStation có cấu hình mạng và được trang bị các phần mềm chuyên dụng của đo ảnh giải tích. Nó sử dụng hệ điều hành UNIX, vì vậy tương đối phức tạp đối với người sử dụng, rất bất lợi trong thực tế sản xuất. - Trạm đo ảnh số ImageStation ISSK -1998 là thế hệ mới của hãng Intergraph. Nó hoạt động trên máy tính các nhân PC thông thường như Inter Pentium Pro hoặc Pentium II, III trong môi trường của hệ điều hành Win Nt. Hệ thống gồm: + Máy tính Pentium Pro 200MHz hoặc Pentiuym II tương dương với Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 28 - máy tính TD-225 của Intergraph; + Bộ nhớ RAM: 128Mb; + Dung lượng ổ đĩa cứng 4Gb; +Màn hình 20", 120Hz; + Bộ xử lý đồ họa, kính lập thể phân cực và bộ phát xạ hồng ngoại; + Bộ chuột tiêu đo 3D đã được cải tiến, thuận lợi cho người sử dụng. Ưu điểm: trạm đo vẽ ảnh số đã chuyển sang giải pháp làm việc trên máy tính các nhân - PC thông thường mở ra bước ngoặt mới trong công nghệ đo ảnh số. Mọi người có khả năng tiếp cận với trạm đo ảnh số dễ dàng hơn, can thiệp xử lý sâu hơn, và tăng đáng kể số lượng máy đo ảnh số vì bất kể một PC nào có cấu hình mạnh cũng có thể cải tiến thành trạm đo vẽ ảnh số. 2. Các hệ thống phần mềm Phần mềm đo vẽ ảnh số của Intergraph được cài đặt trong môi trường UNIX hay Win NT gồm các modul chính sau: - ISPM (ImageStaion Photogrammetric Manager) có chức năng khai báo và quản lý các thông số kỹ thuật đầu vào cho một khu đo; thông số kỹ thuật máy chụp ảnh; tọa độ các điểm khống chế ảnh, tư liệu phim ảnh, tạo cặp ảnh lập thể, nắn ảnh trực giao. - ISDO (ImageStaion Digital Orientation) thực hiện các chức năng định hướng ảnh như: định hướng trong (IO -); định hướng tương đối cặp ảnh lập thể (RO-); và định hướng tuyệt đối mô hình lập thể (AO -). - ISSD (ImageStaion Stereo Display) có chức năng hiển thị mô hình lập thể và ISMS (ImageStaion Model Setup) để tăng cường chất lượng hình ảnh để có được mô hình lập thể rõ nhất. - ISFC (ImageStaion Feature Collection) cho phép đo vẽ địa hình, địa vật trên mô hình lập thể. Phương pháp đo vẽ các yếu tố đã được chuẩn hóa theo bộ kí hiệu số (vẽ lớp kiểu đường, kí hiệu, mã, lực nét, màu sắc...). Mọi thao tác đo vẽ và chỉnh sửa đều được thực hiện dễ dàng thông qua các lệnh chức năng của phần mềm. - ISDC (ImageStaion DTM Collection) có chức năng mô tả các yếu tố đặc trưng của bề mặt địa hình như đo độ cao các điểm đặc trưng, các đường phân thủy, tụ thủy, các đường mép nước; cho phép tạo ra mô hình số địa hình DTM; vẽ tự động các đường bình độ. - ISMT (ImageStaion Match-T) là phần mềm tạo ra các điểm DTM tự Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 29 - động dựa trên nguyên lý khớp điểm tự động, các điểm ảnh cùng tên trên mô hình lập thể. - Phần mềm bổ trợ MGE (Modular GIS Enviroment) được xây dựng trên cơ sở phần mềm MicroStation và cơ sở dữ liệu do người sử dụng lựa chọn như Informix, Oracle ... đồng thời có khả năng bổ sung thêm các modul khác để mở rộng phạm vi ứng dụng, đáp ứng những yêu cầu cần thiết khác đặt ra. Phần mềm MGE có chức năng phục vụ cho mục đích thu thập, quản lý và lưu trữ, phân tích và hiển thị các dữ liệu không gian. MGE còn cung cấp một bộ phận hoàn chỉnh các công cụ tiện ích cho việc tích hợp các dữ liệu không gian và thuộc tính thành một hệ thống thông tin thống nhất. Ngoài ra hệ thống còn được trang bị các phần mềm bổ trợ khác phục vụ cho việc in ấn và xuất bản sản phẩm như; Iplot Client, Iplot Server, Map Publisher. Tóm lại hệ thống đo vẽ ảnh số Intergraph là một hệ thống rất hoàn hảo và tiên tiến nhất hiện nay, nó cho phép thành lập bản đồ số với độ chính xác cao, các công đọan trong quy trình công nghệ đo vẽ bản đồ bằng ảnh hàng không hầu như đã được tự động hóa, đem lại hiệu suất lao động và hiệu quả kinh tế cao. 2.4.2.Hệ thống phần mềm Xử lý ảnh số PHOTOMOD Hệ thống phần mềm Photomod gồm các phần mềm (Modul) đảm bảo xử lý hoàn chỉnh một quy trình đo vẽ ảnh hàng không, ảnh mặt đất, ảnh vệ tinh số, từ việc xây dựng và bình sai lưới tam giác ảnh không gian đến việc lập bản đồ ảnh trực giao và bản đồ địa hình số. Dữ liệu sử dụng trong hệ phần mềm Photomod là cặp ảnh lập thể số - là cặp ảnh chụp cùng một đối tượng từ hai vị trí tâm chụp khác nhau, được thể hiện dưới dạng số. Phụ thuộc vào thiết bị sử dụng để chụp ảnh, ta có thể có ngay được ảnh số nếu là máy chụp ảnh số, hoặc phải số hoá ảnh (quét ảnh) nếu là ảnh tương tự, được chụp bằng các máy chụp ảnh quang cơ. Từ cặp ảnh lập thể tiến hành xây dựng mô hình không gian của đối tượng chụp. Khái niệm mô hình không gian của đối tượng (của miền thực địa), cho phép thể hiện một tập hợp các điểm đo của một bề mặt trong không gian 3 chiều. Để xây dựng được mô hình lập thể không gian của miền thực địa từ cặp ảnh lập thể, ta phải xác định được giá trị của các tham số tương ứng đặc trưng cho vị trí không gian của các tấm ảnh ở đúng thời điểm chụp ảnh. Đó chính là Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 30 - các quá trình định hướng tương đối cặp ảnh lập thể để xây dựng mô hình, và định hướng tuyệt đối mô hình lập thể trong hệ tọa độ về đúng vị trí trong hệ tọa độ trắc địa, mà chúng có ở thời điểm chụp ảnh. Có thể thực hiện quá trình định hướng tuyệt đối từng tấm ảnh trong hệ toạ độ tương ứng của các điểm khống chế có ở trên ảnh. Kết quả, sẽ cho phép ta nhận được mô hình không gian tuyệt đôí 3 chiều, mà trong đó hoàn toàn có khả năng xác định toạ độ thực của các điểm ảnh. Để thực hiện được quá trình định hướng tuyệt đối từng tấm ảnh đơn, cần phải có ít nhất 3 điểm khống chế ảnh, nếu chưa biết được toạ độ của các tâm chụp ảnh; hoặc 1 điểm, nếu những giá trị đó có thể biết trước với độ chính xác phù hợp với yêu cầu đo vẽ Khi các điều kiện nêu trên không đủ, thì mô hình không gian sẽ được xây dựng trong hệ toạ độ tự do, thậm chí cả với tỷ lệ tự do. Để có được hình ảnh lập thể của từng chi tiết đối tượng đo và xây dựng mô hình lập thể, cần phải tiến hành định hướng tương đối cặp ảnh lập thể. Còn để có được mô hình có vị trí và tỷ lệ xác định tuyệt đối trong hệ tọa độ, ta phải tiến hành quá trình định hướng tuyệt đối. 2.4.3. Hệ thống phần mềm xử lý ảnh số 3D - Mapper 3D - Mapper là một hệ thống phần mềm đo vẽ ảnh số do Australlia xây dựng. Đây là một trong những hệ phần mềm được sử dụng nhiều trên thế giới. ở Việt Nam hệ thống phần mềm này đã được sử dụng có hiệu quả ở một số nơi như: Cục Bản đồ Bộ Tổng Tham mưu, Trung tâm hỗ trợ phát triển KHKT Mỏ - Địa chất, nhờ những ưu điểm: - Năng xuất lao động cao; - Độ chính xác đo vẽ trong không gian 3 chiều cao; - Có thể sử dụng trên các máy PC thông thường với hệ điều hành Windows; - Dễ khai thác và sử dụng, giá thành mua phần mền rẻ. Hệ thống phần mềm 3D - Mapper gồm 4 modul thành phần: - Modul StereoMaker - được sử dụng để thực hiện các quá trình định hướng; - Modul StereoMapper - được sử dụng để số hóa địa vật và lập mô hình số địa hình; - Modul StereoMapker - được sử dụng để thực hiện nắn ảnh trực giao và tạo bình đồ trực ảnh ; Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 31 - - Modul ImageViewer - được sử dụng để hiển thị và quan sát ảnh trên màn hình PC. 3D - Mapper có thể được sử dụng để đo vẽ bản đồ địa hình, bản đồ địa chính trong lĩnh vực địa hình; bản đồ xây dựng, kiến trúc… trong các lĩnh vực ứng dụng phi địa hình . 2.5. Các thuật toán sử dụng trong các phần mềm đo vẽ ảnh số 2.5.1. Thuật toán định hướng trong Để có thể xác định toạ độ của điểm đo trong hệ toạ độ phẳng của ảnh, theo giá trị toạ độ trong hệ toạ độ của ảnh số, phải tiến hành công đoạn định hướng trong. Kết quả của công đoạn định hướng trong sẽ tính được các tham số và định hướng hệ toạ độ không gian ảnh Sxyz trong hệ toạ độ của ảnh số : oSxSyS; tính được các tham số cho phép loại trừ ảnh hưởng biến dạng hệ thống vật liệu ảnh của ảnh gốc tương tự. Hình 2.5. Định hướng trong ảnh số Các nguyên tố định hướng trong của ảnh được xác định nhờ dựa vào các trị đo toạ độ mấu khung của ảnh trong hệ toạ độ của ảnh số oSxSyS . Việc chọn phương pháp tính các nguyên tố định hướng trong phụ thuộc vào các giá trị có được từ kết quả kiểm định ảnh. Để chọn phương pháp định hướng tối ưu phù hợp với các trị kiểm định khung ép phim của máy chụp ảnh, loại trừ ảnh hưởng biến dạng của ảnh quét(với quan điểm thoả mãn cả tính kĩ thuật và kinh tế), trong thực tế sản xuất đã sử dụng các phương án theo phép biến đổi affine:     222 111 cybxay cybxax SS SS ( 2.4 ) Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 32 - Để thực hiện được phép nắn affine thì cần tối thiểu phải đo được tọa độ ít nhất của 3 mấu khung trên ảnh số; và trong tài liệu kiểm định phải có tọa độ tương ứng của chúng trong hệ tọa độ phẳng của ảnh. 2.5.2. Bài toán định hướng tương đối Hiện nay trong các phần mềm đo vẽ ảnh trên các Trạm đo vẽ ảnh số, bài toán xác định các nguyên tố định hướng tương đối được cài đặt trong Modul quản lý dữ liệu, hay trong các modul thực hiện chức năng định hướng.Thí dụ ở phần mềm đo vẽ ảnh số của hãng Intergraph, bài toán định hướng tương đối được cài đặt trong ISMS, ISDM…Hầu hết trong các phần mềm đều giải bài toán định hướng tương đối trong hệ thống tọa độ của ảnh trái. Trong đó điểm chính ảnh của ảnh trái được chọn làm gốc tọa độ không gian của mô hình; Khi đó tọa độ không gian của tâm chụp trái sẽ là: X0 = Y0 = 0 ; Z0 = fk; Các trục tọa độ X và Y tương ứng song song với xx và yy, trục Z trùng với hướng của trục quang chính của ảnh trái. Để xác định các nguyên tố định hướng tương đối của cặp ảnh lập thể, chúng ta sử dụng các công thức đã được học ở giáo trình cơ sở đo ảnh . Trước tiên, phải tiến hành đo tọa độ không ít hơn 5 điểm trên cặp ảnh lập thể, sau đó lập và giải hệ phương trình đinh hướng tương đối. Nếu số điểm đo > 5, thì bài toán được giải theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. Trên tất cả các trạm đo ảnh số hiện nay đều đưa ra 2 phương án lựa chọn số điểm đo tối thiểu là 6 hay 10 theo sơ đồ sau: Hình 2.6.Sơ đồ vị trí điểm phân bố chuẩn với 6 điểm và 10 điểm Giả sử ta đo tọa độ của n điểm trên cặp ảnh lập thể, cần thiết xác định các nguyên tố định hướng tương đối trong hệ toạ độ của tấm ảnh trái - hệ tọa độ mô hình phụ thuộc  ,  ,  ,  ,  . Giả sử biết các trị gần đúng của các nguyên tố 8 2 11 4 33 2 55 4 7 6 6 109 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 33 - đó. Thành lập phương trình định hướng tương đối cho từng điểm đo: a1 + b1 + c1  + d1  + e1  + l1 = v 1 ; a2 + b2 + c2  + d2  + e2  + l2 = v 2 ; ………………………………………………………………………………… ( 2.5 ) an + bn + cn  + dn  + en  + ln = v n ; Các hệ số ai, bi, ci, di, ei được tính theo công thức: a i =   iF b i =   iF c i =    iF d i =    iF e i =    iF ( 2.6 ) với F ( ,,  ,  ,  ) =            ' 2 ' 2 ' 2 11 cos 1 ZYX fyx tg tg    ( 2.8 ) Còn số hạng tự do li theo công thức: ( 2.9 ) l i = F 0 ( ,, 00  0 , 0 , 0 ) =            ' 20 ' 20 ' 20 1010 0 0 0 cos 1 ZYX fyx tg tg    ( 2.9 ) Với ,, 00  0 , 0 , 0 là các giá trị gần đúng của các yếu tố định hướng tương đối. Giải hệ phương trình ( 2.5 ) theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất; [pvv] = min; với p - trọng số của trị đo. Muốn vậy từ hệ phương trình số hiệu chỉnh ( 2.5 ) ta lập hệ phương trình chuẩn. Giải hệ phương trình chuẩn, tìm được các trị hiệu chỉnh để cải chính các giá trị gần đúng của ẩn. Tiếp tục sử dụng chúng như các trị gần đúng để tính các hệ số của hệ phương trình số hiệu chỉnh và các số hạng tự do, lập hệ phương trình chuẩn, giải để tìm các trị hiệu chỉnh lần hai….Bài toán được giải lặp như thế, cho đến khi các trị hiệu chỉnh tìm được nhỏ hơn hạn sai cho phép nào đó. Viết lại phương trình số hiệu chỉnh (2.5 ) dưới dạng ma trận: A.X + L = V ; (2.10 ) Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 34 - Trong đó: A =         nnnnn edcba edcba edcba ..... 22222 11111 ; XT = (     ); LT = (l1 l2 ….. ln) ; vT = (v1 v2 …. vn) ; Tiếp theo lập hệ phương trình chuẩn : B.X + C = 0 ; ( 2.11 ) trong đó: B = ATPA và C = ATPL ; với AT - ma trận chuyển vị của A, P - ma trận trọng số của các trị đo: p =         np p p 0000 .......... 0000 0000 2 1 ; ( 2.12 ) Giá trị ẩn: X = -B-1C = QC ; Độ chính xác của ẩn được đánh giá sau lần tiệm tiến cuối cùng. Trước hết tính sai số trung phương trọng số đơn vị: )5( ][  n pvv  ; với n - số điểm đo. ( 2.13 ) Sai số trung phương xác định các nguyên tố định hướng tương đối được tính theo các công thức sau: m  = 11Q ; m = 22Q ; m  = 33Q ; m  = 44Q ; m  = 55Q ; ( 2.14 ) Sau khi đã xác định được các nguyên tố định hướng tương đối, và với độ dài đường đáy b được chọn (tự do), tính các thành phần đường đáy: BX = B. cos cos  ; BY = B. cos sin  ; ( 2.15 ) BZ = B. sin ; Tọa độ của tâm chụp phải S2 trong hệ tọa độ của mô hình sẽ là: XS2 = X0 + BX ; YS2 = Y0 + BY ; ( 2.16 ) ZS2 =Z0 + BZ ; 2.5.3. Bài toán định hướng tuyệt đối Hiện nay trong các phần mềm đo vẽ ảnh trên các Trạm đo vẽ ảnh số, bài toán xác định các nguyên tố định hướng tuyệt đối mô hình lập thể được cài Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 35 - đặt trong Modul quản lý dữ liệu, hay trong các modul thực hiện chức năng định hướng. Thí dụ ở phần mềm đo vẽ ảnh số của hãng Intergraph, bài toán định hướng tuyệt đối được cài đặt trong ISMS, ISDM…Hầu hết trong các phần mềm để giải bài toán định hướng tuyệt đối đều sử dụng tọa độ, độ cao của các điểm khống chế ảnh. Trong mô hình lập thể ít nhất phải có 3 điểm khống chế ảnh; Nếu số lượng điểm khống chế ảnh lớn hơn 3, bài toán được giải theo nguyên lý của phương pháp số bình phương nhỏ nhất. Với mỗi điểm khống chế ta có thể thành lập được một hệ phương trình số hiệu chỉnh dạng: axX0 + dx + ex + fx + gxM0 + lx = vX ; byY0 + dy + ey + fy + gyM0 + ly = vY ; ( 2.17) czZ0 + dz + ez + fz + gzM0 + lz = vZ ; Trong đó các hệ số của phương trình số hiệu chỉnh được tính theo các công thức ( 2.18 ). ax = S X X F   dx =   XF ex =   XF fx =   XF gx= 0M FX   b y = S Y Y F   dy =   YF ey =   YF fy =   YF gy = 0M FY   ( 2.18 ) cz = S Z Z F   d z=   ZF ez =   ZF fz =   ZF gz = 0M FZ   Trong đó: vX, vY, vZ là các số hiệu chỉnh. M 0 - mẫu số tỷ lệ mô hình. X 0 ,Y 0 ,Z 0 - toạ độ điểm gốc của hệ toạ độ đo ảnh.  - góc nghiêng dọc theo trục X của mô hình, đó là góc kẹp giữa hình chiếu của trục Z, đo ảnh trên mặt đất Z TD X TD và trục Z TD .  - góc nghiêng ngang, kẹp giữa trục Z và hình chiếu của nó trên mặt phẳng Z TD X TD .  - góc xoay của mô hình trong mặt phẳng XY, kẹp giữa trục Y và giao tuyến của hai mặt phẳng XY và Y TD Z. F X ( X 0 , 0,,, M ) = X 0 + TDX - X TD F Y ( Y 0 , 0,,, M ) = Y 0 + TDY - Y TD ( 2.19 ) Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 36 - F Z ( Z 0 , 0,,, M ) = Z 0 + TDZ - Z TD Với X TD = X 0 + ( a 1 X + a 2 Y + a 3 Z )M 0 Y TD = Y 0 + ( b 1 X + b 2 Y + b 3 Z )M 0 ( 2.20 ) Z TD = Z 0 + ( c 1 X + c 2 Y + c 3 Z )M 0 Dựa vào các giá trị gần đúng của các nguyên tố định hướng tuyệt đối: X '0 , Y'0, Z'0, ', ', ' và M'0 . Số hạng tự do được tính theo công thức ( 2.21 ). l X = X '0 + 'TDX - X TD l Y = Y '0 + 'TDY - Y TD ( 2.21 ) l Z = Z '0 + 'TDZ - Z TD Hệ phương trình số hiệu chỉnh ( 2.17 ) được thành lập cho tất cả các điểm khống chế.Từ hệ phương trình số hiệu chỉnh, thành lập hệ phương trình chuẩn và giải nó để xác định các nghiệm số cần thiết là các số hiệu chỉnh:X0, Y0, Z0, , , , M0 cho trị gần đúng của các nguyên tố định hướng tuyệt đối. Sau khi giải hệ phương trình chuẩn, tìm được các số hiệu chỉnh cho các giá trị gần đúng của các nguyên tố định hướng tuyệt đối, từ đó có thể cải chính trị gần đúng ban đầu để nhận được giá trị gần đúng lần thứ hai chính xác hơn. Từ những giá trị gần đúng mới, theo công thức ( 2.22 ) dưới đây ; a 1 = cos cos - sin sin sin a 2 = -cos sin - sin sin cos a 3 =-sin cos b 1 = cos sin ; b 2 = cos cos ; b 3 = -sin ( 2.22 ) c 1 = sin cos + cos sin sin c 2 = -sin sin + cos sin cos c 3 = cos cos Xác định lại các hệ số cosin chỉ hướng, theo công thức ( 2.20 ) tính được các số gia trắc địa gần đúng mới. Sử dụng các công thức ( 2.18 ) tính được các hệ số của các phương trình sai số và sẽ lập được hệ phương trình số hiệu chỉnh theo công thức ( 2.17 ). Từ đó lập được hệ phương trình chuẩn và giải lần thứ hai để tìm các số hiệu chỉnh lần hai cho các nguyên tố định hướng tuyệt đối của mô hình. Cách giải như vậy gọi là phương pháp tiệm tiến hay là phương Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 37 - pháp nhích dần. Phương pháp giải nhích dần kết thúc khi nào các số hiệu chỉnh nhận được nằm trong hạn sai cho phép. Các nguyên tố định hướng nhận được sau khi bổ sung số hiệu chỉnh của phép giải nhích lần cuối cùng được xem là đạt độ chính xác cần thiết. Kết quả cuối cùng nhận được là tất cả các giá trị của các nguyên tố định hướng của cặp ảnh; bao gồm: Tọa độ không gian của các tâm chụp trái và phải; các góc định hướng của ảnh trái và của ảnh phải. Sai số trung phương trọng số đơn vị, sai số trung phương xác định ẩn. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 38 - Chương 3. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 bằng phương pháp đo ảnh số có sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh 3.1. Khái quát chung Hiện nay, việc ứng dụng những thành tựu khoa học công nghệ điện tử và tin học vào lĩnh vực đo ảnh đã tạo ra những thiết bị công nghệ hiện đại có khả năng tự động hoá cao không những nâng cao năng suất lao động, nâng cao hiệu quả kinh tế, mà còn nâng cao độ chính xác, giảm bớt những công tác xử lý phức tạp và mở rộng khả năng ứng dụng của đo ảnh trong nhiều lĩnh vực khác. Từ đầu thập kỉ 90, việc xây dựng bản đồ bằng kĩ thuật trắc địa hàng không đã có sự thay đổi cơ bản với việc áp dụng kĩ thuật xử lý ảnh số. Từ khi có máy quét ảnh độ phân giải cao PSI trong hệ thống Intergraph thì công nghệ xử lý ảnh số chính thức được bắt đầu. Cho tới nay, tại Cục đo đạc bản đồ Quân đội và Tổng cục địa chính đã được trang bị hệ thống đo ảnh số và đã mở ra khả năng ứng dụng công nghệ ảnh số vào thành lập bản đồ địa hình và địa chính. Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học công nghệ nói chung và khoa học viễn thám nói riêng việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn là hoàn toàn có thể đáp ứng được. Việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn bằng ảnh hàng không với một số khu đo gặp khó khăn do viêc chụp mới ảnh hàng không là rất tốn kém mà ảnh vệ tinh được cập nhật rất nhanh đảm bảo tính trung thực về sự thay đổi của địa vật khu đo. Chính vì vây việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn bằng ảnh hàng không có sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh đã giảm được một phần đáng kể chi phí thành lập bản đồ mà vẫn đảm bảo yêu cầu thành lập bản đồ. Dưới đây là một số quy trình công nghệ thành lập bản đồ đia hình tỷ lệ 1:10000 bằng phương pháp đo ảnh số đang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất. Hiện nay, các Xí nghiệp Trắc địa ảnh của Bộ Tài nguyên và Môi trường, của Cục Bản đồ Bộ Tổng tham mưu đang thực hiện các công tác đo vẽ bản đồ địa hình các loại tỷ lệ bằng công nghệ đo vẽ ảnh số. Các loại bản đồ tỷ lệ trung bình thường được thành lập theo quy trình công nghệ sau: Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 39 - Hình 3.1.Quy trình công nghệ thành lập BĐĐH tỷ lệ 1:10000. Chuẩn bị, thu thập, phân tích đánh giá tư liệu: Bản đồ, ảnh và các tư liệu khác. Lập PAKTKT Đo nối khống chế MP+ĐC Bay chụp ảnh hàng không Tăng Dày khống chế ảnh Đo vẽ điểm đặc trưng địa hình và Thuỷ hệ Trên trạm đo vẽ ảnh số Lập mô hình số độ cao (DEM) Nắn và Lập bình đồ ảnh Lập DTM Nội suy đường bình độ Số hoá nội dung bản đồ Biên tập bản đồ gốc In và lưu trữ Điều vẽ và Đo vẽ bổ sung Quét phim Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 40 - Hoặc là quy trình công nghệ: . Hình 3.2. Quy trình công nghệ thành lập BĐĐH tỉ lệ 1:10 000 Quy trình thứ nhất này được sử dụng khi khu vực hoàn toàn chưa có ảnh. ở đây công tác đánh dấu mốc và đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp được tiến hành trước khi bay chụp ảnh. Quy trình thứ hai được sử dụng khi khu vực đã có ảnh được chụp từ trước. Với ảnh “cũ”, và với mức độ thay đổi của bề mặt địa hình khu vực đo vẽ ít, ở đây còn kêt hợp sử dụng các loại tư liệu ảnh vệ Khảo sát thiết kế Chụp ảnh hàng không Quét ảnh Tăng dày TGAKG - Lập DEM - Đo vẽ địa hình,thuỷ hệ - Nắn trực giao - Lập bình đồ ảnh Đoán đọc điều vẽ Lập DTM Số hoá địa vật Nội suy đường bình độ Biên tập nội dung bản đồ Đo nối khống chếXây dựng Project In sản phẩm và lưu trữ Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 41 - tinh để hiện chỉnh các thay đổi về địa vật. Công tác đo nối khống chế ảnh được thực hiện sau quá trình bay chụp. Và khi thực hiện công tác đo nối,người ta sẽ thực hiện luôn cả công tác điều vẽ ảnh ngoại nghiệp. Tư liệu gốc để thực hiện công tác đo nối, công tác điều vẽ là ảnh hàng không và ảnh vệ tinh. 3.2. Yêu cầu kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo ảnh số 3.2.1. Yêu cầu chung Khi thành lập bản đồ địa hình bằng công nghệ ảnh số, căn cứ vào yêu cầu đo vẽ địa hình để lựa chọn phương pháp đo vẽ lập thể hoặc đo vẽ phối hợp.Trong đo vẽ lập thể, các yếu tố nội dung địa hình được đo vẽ lập thể trên trạm đo vẽ ảnh số, các yếu tố nội dung địa vật được đo vẽ lập thể hoặc vector hoá trên bình đồ ảnh số. Trong đo vẽ phối hợp các yếu tố nội dung địa hình được đo vẽ hoàn toàn ở thực địa, nội dung địa vật được đo vẽ như đối với phương pháp lập thể Bản đồ địa hình gốc dạng số được lưu trữ bằng các tệp tin dạng khuôn dạng *.dgn. Dữ liệu số phải đảm bảo độ chính xác hình học, tính đầy đủ, chi tiết của các yếu tố nội dung ... Việc chuẩn hoá dữ liệu, phân lớp nội dung, quy tắc đặt tên, mã đối tượng và các tệp tin nguồn chứa các chuẩn cơ sở phải tuân theo quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật dữ liệu bản đồ địa hình gốc dạng số do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành. 3.2.2. Yêu cầu về tư liệu phim ảnh Tỷ lệ ảnh sử dụng được lựa chọn phù hợp vào tỷ lệ bản đồ cần thành lập,khoảng cao đều đường bình độ cơ bản và phưong pháp đo vẽ bản đồ. Trong điều kiện bay chụp ảnh thực tế của nước ta khi thành lập bản đồ bằng phương pháp đo vẽ ảnh lập thể, với khoảng cao đều 2,5 m tỷ lệ ảnh không nhỏ hơn 1: 25000, với khoảng cao đều 5m, 10m, 20m tỷ lệ ảnh không nhỏ hơn 1: 45000. Trường hợp thành lập bản đồ tỷ lệ 1:10000 với khoảng cao đều 1m bằng phương pháp đo vẽ phối hợp, tỷ lệ ảnh có thể nhỏ hơn 5 lần so với tỷ lệ bản đồ cần thành lập . Độ phủ dọc (P) và độ phủ ngang (Q) của ảnh không được nhỏ hơn 60% và 30%, trường hợp cá biệt cũng phải đảm bảo P không nhỏ hơn 53% và Q không nhỏ hơn 15% . Tài liêu phim ảnh phải được cung cấp kèm theo các thông số máy chụp ảnh của lần kiểm định mới nhất bao gồm: tiêu cự, toạ độ điểm chính ảnh, sai số méo hình kính vật…Chất lượng phim phải đảm bảo hiện rõ các dấu khung toạ độ, độ tương phản đồng đều, và độ nhoè của hình ảnh không quá 0,02mm. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 42 - 3.2.3. Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa hình thành lập Sai số trung phương vị trí địa vật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí của điểm khống chế ngoại nghiệp gần nhất tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập không được vượt quá 0.5 mm khi thành lập bản đồ ở vùng đồng bằng và 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 ngoại nghiệp gần nhất tính theo khoảng cao đều đường bình độ cơ bản không vượt quá các giá trị trong bảng ( 2.1 ) . Khoảng cao đều đường bình độ cơ bản Sai số trung phương về độ cao 1:10000 1:25000 1:50000 1 m 1/4 2.5 m 1/3 1/3 5 m 1/3 1/3 1/3 10 m 1/2 1/3 20 và 40 m 1/2 Bảng 3.1. Sai số trung phương độ cao các đường bình độ cơ bản 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 0.1mm ở vùng quang đãng và 0.15mm 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. Sai số giới hạn của vị trí địa vật, của độ cao đường bình độ, độ cao điểm đặc trưng địa hình, độ cao điểm ghi chú độ cao, của vị trí mặt phẳng và độ cao điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ không được vượt qúa 2 lần các sai số trung phương. Khi kiểm tra, sai số lớn nhất không được vượt quá sai số giới hạn. Nếu có thì số lượng các trường hợp có sai số vượt hạn sai phải bảo đảm về mặt phẳng không vượt quá 5% tổng số các Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 43 - trường hợp kiểm tra, về độ cao không vượt quá 5% tổng số các trường hợp kiểm tra ở vùng quang đãng và 10% tổng số các trường hợp kiểm tra ở vùng khó khăn ẩn khuất. Trong mọi trường hợp các sai số đều không được mang tính hệ thống. 3.3. Phân lớp nội dung bản đồ địa hình 3.3.1. Ký hiệu Bản đồ địa hình bao gồm các lớp ký hiệu sau: - Điểm khống chế trắc địa: Cơ sở trắc địa và cơ sở độ cao. - Dân cư. - Đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội. - Giao thông và các đối tượng liên quan. - Dáng đất và chất đất. - Thực vật. - Ranh giới hành chính- chính trị của các khu vực, tường rào. Nội dung và quy tắc đặt tên các lớp thông tin được trình bày trong bảng sau: ST T Nhóm lớp Tên tệp tin Nội dung chính 1 Cơ sở toán học (phiên hiệu mảnh) CS.dgn Khung bản đồ, Lưới kilomet, Các điểm khống chế trắc địa. Giải thích; Trình bày ngoài khung và các nội dung có liên quan. 2 Thuỷhệ (phiên hiệu mảnh)TH.dgn Các yếu tố thuỷ văn và các đối tượng liên quan. 3 Địahình (phiên hiệu mảnh)DH.dgn Các yếu tố dáng đất, chất đất, các điểm độ cao. 4 Giaothông (phiên hiệu mảnh) GT.dgn Các yếu tố giao thông và các thiết bị phụ thuộc. 5 Dâncư (phiên hiệu mảnh) DC.dgn Nội dung dân cư và các đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội. 6 Ranhgiới (phiên hiệu mảnh)RG.dgn Đường biên giới, mốc biên giới, địa giới hành chính các cấp, ranh giới khu cấm, ranh giới sử dụng đất. 7 Thựcvật (phiên hiệu mảnh) TV.dgn Ranh giới thực vật và các yếu tố thực vật Bảng 3.2. Nội dung và quy tắc đặt tên của các nhóm lớp (tập tin). Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 44 - 3.3.2.Phân lớp nội dung bản đồ địa hình 1. Cơ sở toán học - Khung bản đồ gồm: khung trong, khung giữa và khung ngoài. Khung trong: là đường giới hạn phạm vi của bản đồ, nó trùng với kinh vĩ tuyến biên của bản đồ. Khung giữa: là các đai chia độ, phút. Khung ngoài dùng để trang trí bản đồ cho đẹp bản đồ. - Lưới kilômét. - Các điểm khống chế trắc địa: + Điểm thiên văn. + Điểm toạ độ nhà nước thường. + Điểm độ cao nhà nước cơ bản. + Điểm độ cao kỹ thuật. + Điểm toạ độ cơ sở thường/ toạ độ địa chính. + Điểm khống chế đo vẽ, điểm trạm đo. + Ghi chú độ cao của các điểm độ cao. - Giải thích: Các ký hiệu bên trong khung bản đồ, sơ đồ góc lệch nam châm, thước đo độ dốc. - Trình bày ngoài khung và các nội dung có liên quan. 2. Thuỷ hệ Gồm các yếu tố thuỷ văn: biển, ao, hồ, đảo, sông, suối, ngòi, mạch nước khoáng thiên nhiên… và các đối tượng có liên quan: trạm thuỷ văn, nghiệm triều lớn… - Đường mép nước. - Đường bờ. - Đường bờ nửa tỷ lệ. - Hướng dòng chảy, ghi chú độ rộng dòng chảy, vị trí độ rộng (nơi có độ rộng thay đổi). - Kênh, mương, rãnh thoát nước. - Cống, đập. - Đê. - Tên sông, ao, hồ, suối, kênh, mương… 3. Địa hình Các yếu tố thuộc lớp địa hình bao gồm: Dáng đất, chất đất, điểm độ cao. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 45 - - Đường bình độ cơ bản. - Bình độ cái. - Đường bình độ nửa khoảng cao đều. - Bình độ phụ. - Bình độ vẽ nháp. - Ghi chú độ cao đường bình độ. - Đầm lầy nước ngọt: Bãi cát, bãi đá… - Tỷ cao sườn đất đá. - Điểm độ cao. 4. Giao thông Các yếu tố giao thông và các thiết bị phụ thuộc: - Sân bay, sân ga. - Đường ray, đường hầm. - Đường bê tông, đường rải gạch, đường đất lớn, đường đất nhỏ… - Đường ô tô, ghi chú đường ô tô. - Tim đường, phố, tính chất đường. - Cầu các loại: cầu sắt, cầu bê tông… - Bến tàu, bến phà, bến đò… 5.Dân cư Nội dung dân cư và các yếu tố kinh tế- văn hoá- xã hội: - Nhà, bệnh viện, trường học… - Tượng đài, bia kỷ niệm, nghĩa trang. - Lăng tẩm, nhà mồ, mộ xây độc lập. - Vòi phun nước. - Kiến trúc dạng tháp cổ. - Đình, chùa, đền, miếu, nhà thờ. - Tam quan, lô cốt, chòi cao, tháp cao… - Trạm biến thế, đường dây điện hạ thế, đường dây thông tin. - Đường ống, cống thoát nước… 6.Ranh giới - Biên giới quốc gia xác định. - Địa giới tỉnh, huyện, xã. - Ranh giới khu cấm, ranh giới sử dụng đất, ranh giới thực vật… - Mốc biên giới, mốc địa giới tỉnh, địa giới xã. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 46 - - Số hiệu mốc biên giới. - Biên giới quốc gia chưa xác định . - Tên địa danh, cụm dân cư. 7. Thực vật Gồm ranh giới thực vật và các yếu tố thực vật; - Rừng non, rừng tái sinh, rừng cây bụi… - Cây độc lập, cây thân gỗ, thân bụi, - rau, màu, hoa… 3.4. Các công đoạn trong quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10 000 Khi thành lập bản đồ địa hình số từ ảnh hàng không cần phải thực hiện các bước sau: 3.4.1. Công tác chuẩn bị, thiết kế kỹ thuật Thu thập tài liệu có liên quan đến khu đo, tìm các điểm trắc địa gần khu vực thành lập bản đồ, địa giới hành chính, điều kiện đại lý, kinh tế, văn hoá,dân cư, trình độ văn hoá.. Việc khảo sát, thiết kế, bay chụp, thu thập phim ảnh hàng không được tiến hành như trong các quy trình đo ảnh khác, đồng thời phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định kỹ thuật về độ phủ của ảnh, độ cao bay chụp và tỷ lệ ảnh chụp … 3.4.2. Đo nối khống chế mặt bằng và độ cao Đo nối khống chế là quá trình xác định toạ độ các điểm địa vật được chọn làm điểm khống chế (mặt bằng và độ cao) trên ảnh ngoài thực địa, nhằm phục vụ quá trình tăng dày khống chế ảnh nội nghiệp. Các điểm khống chế ngoại nghiệp được chọn theo đồ hình đã thiết kế trên ảnh. Các điểm địa vật phải chọn sao cho có hình ảnh rõ nét trên ảnh và tồn tại ổn định ngoài thực địa. Ví dụ: - Về mặt phẳng: Chọn các địa vật dễ xác định: ngã ba, ngã tư đường… - Về độ cao: Chọn nơi bằng phẳng 3.4.3. Công tác bay chụp Công tác bay chụp ảnh được tiến hành theo thiết kế kỹ thuật đã được thành lập. Các tham số hình học và quang học chụp ảnh được chọn phù hợp với yêu cầu đo vẽ bản đồ địa hình. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 47 - 3.4.4. Quét phim Để có ảnh số phim hàng không phải được chuyển từ dạng tương tự (Analogue) sang dạng số raster (Digital). Quá trình đó được gọi là quét phim.Khi quét phim các tấm ảnh cần được hệ thống theo thứ tự đánh số của mỗi đường bay. Đăng ký toạ độ các điểm dấu khung, kích thước tối đa cần phải quét. Phim được quét trên máy SCAI-2 và phần mềm PHOTOSCAN-TD. 3.4.5. Tăng dày khống chế ảnh 1.Xây dựng projects Là quá trình nhập vào các thông số cần thiết và xác nhận các file ảnh sử dụng cho công việc theo yêu cầu của hệ thống đo vẽ. - Tạo Seed.dgn file và các thông số của projects. - Nhập vào các thông số của máy ảnh: f, x0, y0, các số liệu kiểm định của máy ảnh. - Khai báo hệ toạ độ, đơn vị sử dụng đo vẽ, các hạn sai khi đo vẽ. - Khai báo, khởi tạo các thông số tuyến bay, đặt các đường dẫn tới các file số liệu. 2. Xây dựng mô hình lập thể ,tăng dày khống chế ảnh Quá trình này nhằm xác định toạ độ các điểm khống chế phục vụ cho công tác định hướng mô hình và xây dựng mô hình số độ cao. Đối với hệ thống xử lý ảnh số của hãng Intergraph, quá trình này được tiến hành bằng phần mềm ImageStation Digital Mensuration (ISDM) trên trạm xử lý ảnh số. Phần mềm Image Station Digital Mensuration (ISDM) có chức năng đo ảnh, nhận các thông tin, tạo ảnh trực giao, quản lý số liệu, lưu trữ các thông tin về ảnh… Để lập mô hình lập thể, ISDM sử dụng ba dạng định hướng để tạo các tham số cần thiết thông qua quá trình xử lý điểm ảnh: - Định hướng trong (IO): Là quá trình xác định vị trí của các pixel ảnh trong hệ toạ độ mặt phẳng ảnh theo mấu khung. Các yếu tố định hướng trong bao gồm (x0, y0,f). Trong đó: x0, y0: là toạ độ điểm chính ảnh. f: tiêu cự máy chụp ảnh. - Định hướng tương đối (RO): Quá trình này xác định mối quan hệ giữa tấm ảnh trái và tấm ảnh phải của một cặp ảnh lập thể. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 48 - - Định hướng tuyệt đối (AO): Mục đích của công tác định hướng tuyệt đối là quy tỷ lệ, tức là đưa tỷ lệ mô hình về một giá trị nhất định cho trước và xoay mô hình đưa hệ trục toạ độ của mô hình về hệ trục toạ độ trắc địa, hay còn gọi là cân bằng mô hình. Và tiếp đến là định hướng ngoài, tính toán bình sai khối tam giác ảnh không gian ( sử dụng chương trình PHOTO-T). Các điểm tăng dày được chọn phải có hiệu ứng lập thể tốt, các địa vật phải có hình ảnh rõ rệt trên ảnh, không nên chọn điểm ở khu vực có độ dốc thay đổi đột ngột… 3.4.6. Đo vẽ điểm đặc trưng địa hình và thuỷ hệ - Đo vẽ các điểm đậưc trưng của địa hình làm cở sở cho thành lập mô hình bề mặt cũng như cho mô hình số độ cao. - Đo vẽ toàn bộ sông suối có trên khu đo. Tất cả các công việc trên đều được thực hiện trên trạm đo ảnh số. 3.4.7.Lập mô hình số độ cao (DEM) Mô hình số độ cao DEM được xây dựng trên cơ sở các điểm tăng dày được đo trên trạm đo ảnh số .Mô hình số độ cao có thể được xây dựng tự động theo chương trình MATCH_T của hãng INPHO stuttgart và được sử dung để nắn ảnh trực giao và biên tập lại để lập mô hình số địa hình (DTM). 3.4.8.Lập mô hình số địa hình (DTM) Mô hình số độ địa hình DTM bao gồm lưới các điểm độ cao bám sát bề mặt địa hình. DTM được biên tập lại từ DEM đã được thành lập trước đó. Để có được DTM chính xác, nhất thiết phải có độ cao của các đối tượng lớp phủ bề mặt được lấy từ kết quả điều vẽ, hoặc phải được hiệu chỉnh biên tập lại trên từng mô hình lập thể với khoảng cách nhất định, kết hợp với các yếu tố đặc trưng địa hình được số hoá lập thể. Các tham số của DTM bao gồm: lựa chọn đường viền, cấu trúc bề mặt, thông tin địa mạo và dạng địa hình. Ngoài ra, còn có các tham số ngầm định như: tỷ lệ ảnh, độ phân giải của ảnh quét… Quá trình lập DTM có thể tiến hành theo hai cách: tự động và bán tự động. Tuỳ thuộc vào đặc điểm khu vực, chất lượng ảnh chụp để lựa chọn một trong hai phương án trên. Các yếu tố đặc trưng địa hình bao gồm: Các đường sống núi, tụ thuỷ, phân thuỷ, sông, suối, hồ, núi, đồi, đỉnh núi, đường giao thông,… Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 49 - 3.4.9.Nội suy và tu chỉnh đường bình độ Trên cơ sở mô hình số địa hình, tiến hành nội suy các đường bình độ tự động bằng các phần mềm chuyên dụng. Tuy nhiên đường bình độ có thể vẽ trực tiếp bằng phương pháp quan sát lập thể khi rà tiêu đo vào bề mặt địa hình. Có thể sử dụng mô hình số địa hình DTM với việc đo dày đặc các điểm trên lưới tam giác TIN hoặc lưới ô vuông GRID, để tiến hành nội suy đường bình độ. Ta tiến hành nội suy đường bình độ với khoảng cao đều đã được xác định sau đó làm trơn đường bình độ trên các thuật toán nội suy. Đường bình độ được nắn chỉnh trực tiếp khi chúng cắt qua sông suối, qua các đường đặc trưng của bề mặt địa hình và qua các dốc đứng, các vách đá… 3.4.10. Nắn ảnh và lập bình đồ ảnh Sử dụng phần mềm ISIR hoặc BRECT để nắn ảnh máy bay với độ chính xác cao. Các phần mềm này cho phép tạo lập bản đồ trực ảnh số nhờ ảnh quét,các tham số định hướng ngoài của ảnh EO và mô hình số thực địa. Trong quá trình nắn ảnh thường chú ý tới: - Chọn kích thước pixel của ảnh nắn tương đương với ảnh quét. - Loại bỏ các pixel ở ngoài phạm vi DTM. - Phương pháp lấy mẫu ảnh dùng phương pháp xoắn lập phương. - Sai số nắn ảnh tại các điểm khống chế  0.4mm theo tỷ lệ bản đồ. ảnh sau khi nắn xong sẽ được ghép lại và tiến hành chia mảnh theo quy định. Để có được một khối ảnh liền nhau phải tiến hành ghép từng tấm ảnh được nắn riêng biệt lại với nhau. Các ảnh muốn ghép lại với nhau phải có độ phủ chờm lên nhau và phải cùng một độ phân giải. ảnh trước khi được ghép với nhau, chúng phải được điều chỉnh độ tương phản và độ sáng tối cho đồng đều. Sử dụng lệnh MOSAIC của phần mềm MBI hoặc IRASC để ghép ảnh. Sau khi ảnh đã ghép liền với nhau thành một khối, dùng lệnh EXTRAC của phần mềm IRASC hoặc MBI cắt ảnh theo từng mảnh bản đồ. Sai số ghép ảnh: độ chênh lệch vị trí của địa vật cùng tên không được vượt quá 0.6mm trong tỷ lệ bản đồ. Bình đồ trực ảnh được sử dụng làm nền để số hoá những yếu tố nội dung bản đồ theo ảnh điều vẽ. Kết quả đo vẽ địa hình, thuỷ hệ và địa vật được ghép lại theo toạ độ của mảnh bản đồ và tiến hành biên tập nội dung bản đồ gốc dạng số theo quy định Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 50 - biên tập nội dung bản đồ tỷ lệ tương ứng. 3.4.11. Điều vẽ và đo vẽ bổ sung Quá trình này được tiến hành với mục đích bổ sung các nội dung cần biểu thị trên bản dồ nưng còn tiếu trên ảnh, chỉnh sửa lại các nội dung địa hình (đường bình độ và điểm ghi chú độ cao), đồng thời điều tra, xác định các yếu tố định tính, định lượng của các đối tượng, các nội dung ghi chú trên bản đồ như: tính chất của hệ thống thuỷ hệ, giao thông, dân cư, địa lý, hành chính… Kết quả điều vẽ phải được vẽ lên ảnh theo trình tự sau: điểm khống chế trắc địa, các công trình công nghiệp, điểm dân cư, ghi chú các công trình giao thông, mạng lưới thuỷ văn và các đặc trưng của chúng, đường xá, đường thông tin, các yếu tố địa hình (vách đứng, hang động, khe xói…), các ranh giới thổ nhưỡng, thực vật…Các yếu tố nội dung được kí hiệu trên ảnh điều vẽ theo quy định của Qui phạm. Những đối tượng cần thiết nhưng chưa có ký hiệu quy định thì phải thể hiện theo đúng hình dáng, tại đúng vị trí kèm theo ghi chú, giải thích. Việc lấy, bỏ, tổng hợp và xê dịch phải biểu thị tuân theo nguyên tắc: đối tượng thứ yếu nhường cho đối tượng chủ yếu, đối tượng có yêu cầu độ chính xác thấp nhường cho đối tượng có yêu cầu độ chính xác cao và ưu tiên biểu thị các điểm khống chế trắc địa nhà nước. Công tác đo vẽ bổ sung nhằm đo đạc những yếu tố khó nhận biết hoặc không thể nhận biết được trên ảnh. 3.4.12. Số hoá nội dung bản đồ Việc số hoá, biên tập các địa vật được tiến hành trên máy PC dựa trên nền ảnh nắn. Trong quá trình số hoá, các đối tượng phải được phân lớp và sử dụng kí hiệu, màu sắc, lực nét, kích thước, font chữ theo đúng các quy định của quy phạm hiện hành (7 lớp). Sau khi số hoá địa vật phải kết hợp với phần địa hình để chỉnh sửa các yếu tố sao cho đảm bảo tính hợp lý của các đối tượng và sự tương quan giữa chúng. 3.4.13.Biên tập bản đồ gốc - Biên tập kí hiệu cho các đối tượng dạng đường và dạng điểm. - Biên tập chữ chú thích cho các đối tượng. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 51 - - Trình bày chú giải ngoài khung. Căn cứ vào bản đồ gốc, các file số liệu đã được thành lập trong công đoạn vector hoá để biên tập. - Quy định về tiếp biên số hoá: Sau khi số hoá và biên tập ta phải tiến hành tiếp biên bản đồ. Đối với bản đồ cùng tỷ lệ, các biên phải tiếp khớp nhau và nằm trong hạn sai của sai số tiếp biên. Nếu sai số tiếp biên  0.2mm người tiếp biên được tự động dịch chuyển đối tượng trên phần mép biên bản đồ để làm trùng khớp. Nếu vượt quá hạn sai phải tìm nguyên nhân để xử lý. 3.4.14.In và lưu trữ Sau khi đã hoàn chỉnh việc số hoá, biên tập, tiếp biên với các mảnh xung quanh và được kiểm tra trên máy tính, người ta tiến hành in thử. Bản in thử này được kiểm tra một lần nữa để lựa chọn các yếu tố in, màu in chuẩn, kích thước giấy in, xác định tỷ lệ in cho phù hợp. Các dữ liệu số phải được lưu giữ trong các đĩa CD-ROM và giao nộp sản phẩm. 3.5. Viễn thám và khả năng kết hợp sử dụng trong công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp ảnh số 3.5.1. Viễn thám 1. Khái niệm 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 tài nguyên chủ yếu trong viến thám. Tuy nhiên những năng lượng như từ trường, trọng trường cũng có thể thay đổi được. 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 có thể là kinh khí cầu, máy bay hoặc vệ tinh. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 52 - Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý thu nhận ảnh vệ tinh 2. Phân loại viễn thám Viễn thám có thể được phân chia thành 3 loại cơ bản ứng với vùng bước sóng sử dụng: - Viễn thám trong giải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: nguồn năng lưọng chính là bức xạ mặt trời và ảnh viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng lượng vùng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất. ảnh thu được bởi kỹ thuật này gọi chung là ảnh quang học. - Viễn thám hồng ngoại nhiệt. Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra, hầu như mỗi vật thể ở nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức xạ. ảnh thu được bởi kỹ thuật này được gọi là ảnh nhiệt. - Viễn thám siêu cao tần: trong viễn thám siêu cao tần người ta sử dụng hai loại kỹ thuật là chủ động và bị động. Trong viễn thám bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ, tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể. 3. Các hệ thống vệ tinh viễn thám Hiện nay một số loại ảnh vệ tinh đang được sử dụng khá phổ biến ở Việt nam cũng như các nước trên thế giới. Tuỳ vào các mục đích khác nhau mà người ta lựa chọn ảnh có độ phân giải thấp, độ phân giải cao hay ảnh siêu phân giải. Một trong những hệ thống vệ tinh phải kể đến đầu tiên đó là vệ tinh Vật mang Mặt trời Khí quyển Rừng Nước Cỏ Mặt đường Công trình xây dựng, nhà cửa Hấp thụ mặt trời Bức xạ mặt trời Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 53 - Landsat của Mỹ, vệ tinh Spot của Pháp hay COSMOS của Liên xô cũ. Những hệ thỗng này cho ảnh vệ tinh độ phân giải thấp và trung bình. Gần đây cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ các quốc gia đã lần lượt đưa lên quỹ đạo các hệ thống vệ tinh có độ phân giải rất cao, cao đến 0.6m trong đó phải kể đến các hệ thống vệ tinh của Mỹ như; IKONOS phóng vào quỹ đạo năm 1999 và Quickbird phóng vào vào quỹ đạo năm 2001. Không chỉ các quốc gia phát triển mà các quốc gia đang phát triển cũng đã có những vệ tinh viễn thám của riêng mình như thế hệ vệ tinh IRS của ấn độ phóng lên quỹ đạo lần đầu tiên vào năm 1988 cho đến nay đã có 5 thế hệ vệ tinh được phóng lên. Hình 3.4 . Vệ tinh SPOT5 2002 CNES Hình 3.5. Vệ tinh Quickbird 4.Xử lý ảnh vệ tinh Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu được trong kỹ thuật viễn thám thường được lưu dưới dạng số và được xử lý bởi máy tính để tạo ảnh đã được giải đoán ứng Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 54 - dụng vào các lĩnh vực khác nhau. Quá trình xử lý ảnh bao gồm các công đoạn: - Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh : đây là giai đoạn tiền xử lý mà phải được thực hiện trước khi tiến hành phân tích và tách các thông tin trên ảnh vệ tinh.Tiền xử lý bao gồm hiệu chỉnh hình học và bức xạ. Bức xạ để đảm bảo ảnh số nhận được những giá trị chính xác năng lượng bức xạ và phản xạ được thu bởi bộ cảm.Hiệu chỉnh hình học bao gồm những hiệu chỉnh do biến dạng hình học do sự thay đổi của bề mặt đất hay của sensor và chuyển đổi ảnh số về toạ độ thực của địa phương hay toàn cầu để thuận lợi cho việc tách các thông tin hữu ích trên ảnh vệ tinh. - Biến đổi ảnh: là thao tác biến đổi ảnh gốc thành ảnh mới nhằm thể hiện ảnh được rõ ràng hơn, hay tạo điểm nhấn đối với các đối tượng cần quan tâm giúp cho công tác giải đoán hiệu quả và chính xác hơn. - Phân loại và phân tích: thực chất là gộp các nhóm đối tượng nào đó có các tính chất tương đối đồng nhất trên ảnh, bằng cách tiến hành gán màu hay khoảng cấp độ sáng nhất định nhằm phân biệt các nhóm đó với nhau trong khuôn khổ ảnh. - Xuất kết quả; sau khi hoàn tất các khâu xử lý, kết quả nhận được có thể xuất dưới dạng phim ảnh, dưới dạng số. 3.5.2. Khả năng kết hợp sử dụng ảnh viễn thám và ảnh hàng không trong công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo ảnh số Trong thành lập bản đồ địa hình thì việc lựa chọn phương pháp thành lập phụ thuộc nhiều vào đặc điểm tình hình khu đo cũng như tư liệu về trắc địa bản đồ hiện có của khu vực dự kiến đo đạc. Đối với những khu vực có địa hình phức tạp, bị chia cắt thì việc thành lập bản đồ bằng công nghệ đo ảnh là phù hợp và cho hiệu quả kinh tế cao. Với những khu vực có địa hình phức tạp, bị chia cắt và tư liệu trắc địa bản đồ không có hoặc có nhưng không đáp ứng được nhu cầu đo đạc thì việc sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với ảnh hàng không trong thành lập bản đồ là một giải pháp công nghệ phù hợp cho hiệu quả kinh tế cao đồng thời tiết kiệm được thời gian thi công… ảnh vệ tinh có thể phục vụ các nhiệm vụ như: làm tài liệu phục vụ cho dẫn đạc bay, thành lập bình đồ ảnh ,… Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 55 - Chương 4. Thực nghiệm thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 khu vực lòng hồ công trình thuỷ điện Hạ Sêsan 2 (Campuchia) 4.1.Khái quát về vị trí ,đặc điểm và tình hình khu đo 4.1.1.Vị trí khu đo Khu đo nằm trọn trong 2 tỉnh Stungtreng và Ratanakiri trên lãnh thổ vương quốc Campuchia ( Xem phụ lục 1 ). Phía Đông giáp: hai tỉnh Gia Lai và KonTum của nước CHXHCN Việt Nam. Phía Tây giáp : hai tỉnh Công-pông-Thơm và Campôt. Phía Nam giáp : hai tỉnh Cratchê và Mông-đun-kiri. Phía Bắc giáp : hai tỉnh Attapu và Champasak của nước CHDCND Lào. 4.1.2. Đặc điểm tình hình khu đo 1. Điều kiện tự nhiên Công trình thuỷ điện Hạ sê san 2 được dự kiến thiết kế trên hợp lưu của sông Sê san và sông Sêrêpôk trên lãnh thổ Vương Quốc Cam pu chia với công suất dự kiến 420MW ứng với MNDBT 75m. Khu vực vùng hồ công trình nằm trên 2 tỉnh Stungtreng và Ratanakiri, địa hình tương đối bằng phẳng. Khu vực công trình chủ yếu là rừng rậm với chiều cao cây trung bình khoảng 30m ảnh hưởng rất nhiều đến việc đo nối khống chế ảnh và điều vẽ ngoại nghiệp. Khu đo nằm trên lãnh thổ Căm Pu Chia, thời gian thi công vào cuối mùa mưa vì vậy công tác tổ chức thi công ở dã ngoại được chuẩn bị chu đáo và khoa học. Địa hình khu vực thi công phức tạp, bị chia cắt bởi sông SêSan và sông SêrêPok. 2 . Điều kiện kinh tế xã hội Dân cư: Trong khu đo chủ yếu là người khơ me sinh sống, trình độ dân trí không cao, kinh tế nghèo nàn, nghề nghiệp chủ yếu là làm nương, khai thác gỗ, trồng rừng v.v.. Giao thông: Hệ thống giao thông vận tải chưa phát triển, đi lại gặp nhiều khó khăn, đường lên tuyến chủ yếu là các đường mòn nối từ các trục đường 178 hoặc các đường tiểu ngạch. Đường giao thông chạy từ cửa khẩu Đức Cơ ( Việt Nam) sang thị trấn Ratnakiri, TungStreng (Campuchia). Tuy nhiên hệ thống đường này Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 56 - cách xa khu vực công trình nên việc đi lại tại khu đo chủ yếu là đi bộ và xuồng máy. Tình hình an ninh tại Campuchia còn chưa được tốt, đặc biệt khu vực này còn chất độc hoá học do chiến tranh để lại, các bệnh sốt rét cấp còn nhiều đặc biệt là vào mùa mưa. 4.2. Tư liệu của quá trình thực nghiệm 4.2.1. Tư liệu ảnh 1. ảnh hàng không Tư liệu ảnh hàng không của khu vực 2 tỉnh Stungtreng và Ratanakiri trên lãnh thổ Campuchia là ảnh đựơc Công ty trắc địa - bản đồ bay chụp vào tháng 12-2007 : (xem phụ lục 2) * Các thông số kỹ thuật : - Máy bay KingAir B-200, tốc độ trung bình 380 km/h. - Máy chụp ảnh hàng không Leica RC-30, tiêu cự f=152,76mm. - Độ cao bay chụp ảnh : 1900 m. - Tỷ lệ ảnh chup : 1/12000. - Độ phân giải quét ảnh : 16 m . - Kích cỡ phim ảnh (23x23) cm. - Độ phủ ngang p = 30%. - Độ phủ dọc q = 60% - 70%. - Góc nghiêng của ảnh  < 30. - Toạ độ tâm ảnh không gian (X, Y, Z) được xác định bằng GPS trên hệ toạ độ WGS 84. * Các hệ thống phụ trợ : - Hệ thống định vị tuyến bay chụp ảnh GCN. - Hệ thống máy thu GPS xác định tọa độ tâm ảnh: Máy thu GPS hai tần Trimble 4000 SSIvà các phần mềm xử lý kèm theo 2. ảnh vệ tinh ảnh vệ tinh được mua lại từ Viện Công nghệ Vũ trụ Việt Nam, với độ phân giải trung bình (xem phụ lục 3 ). 4.2.2. Tư liệu trắc địa bản đồ 1. Khống chế tọa độ, độ cao Lưới khung bao gồm 04 điểm tọa độ, độ cao hạng IV mang số hiệu IV- Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 57 - 39, IV-30, IV-09, IV-24; 02 điểm độ cao hạng IV mang số hiệu CPIV-17; CPIV-05 và 1 điểm phụ P001. Trong đó độ cao điểm IV-39 được đo cao thuỷ chuẩn từ điểm CP-IV10 tới với chênh cao là h=+0,556m. 2. Bản đồ địa hình Bản đồ tỷ lệ 1: 50 000 hệ toạ độ UTM dùng để thiết kế đo nối khống chế ảnh và làm tài liệu tham khảo, thiết kế và dẫn đạc 4.2.3. Thiết bị sử dụng trong quá trình đo đạc nội, ngoại nghiệp - Máy định vị vệ tinh Trimble 4600LS,Trimble 5700 SE. - Máy GPS cầm tay. - Máy thuỷ chuẩn Ni 030. - Mia thuỷ chuẩn. - Máy tính xách tay. - Trạm ảnh số Image Station. - Phần mềm Microsation SE. - Máy tính PC. - Các thiết bị liên quan khác. Tất cả các máy đo đạc và các linh kiện kèm theo đã được kiểm tra, kiểm nghiệm và hiệu chỉnh trước khi đưa vào sử dụng. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 58 - 4.3. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10 000 1.Công tác thành lập bản đồ được tiến hành theo quy trình công nghệ sau Hình 4.1.Quy trình công nghệ thành lập bản đồ 1:10 000 bằng công nghệ đo ảnh số vùng lòng hồ Công Trình thuỷ điện Hạ Sêsan 2 – Campuchia. Chuẩn bị, thu thập, phân tích đánh giá tư liệu: Bản đồ, ảnh và các tư liệu khác. Lập PAKTKT Đo nối khống chế MP+ĐC Bay chụp ảnh hàng không Tăng Dày Đo vẽ điểm đặc trưng địa hình và Thuỷ hệ trên trạm đo vẽ ảnh số Lập mô hình số độ cao (DEM) Nắn và Lập bình đồ ảnh Lập DTM Nội suy đường bình độ Số hoá nội dung bản đồ Biên tập bản đồ gốc In và lưu trữ Điều vẽ và Đo vẽ bổ sung Quét phim Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 59 - 4.3.2. Các bước thực hiện 1. Công tác chuẩn bị Thu thập các tư liệu, tài liệu liên quan tới khu đo từ đó phân tích đánh giá mức độ sử dụng của các tư liệu này. Trên cơ sở đó lập phương án kinh tế kỹ thuật cho các công tác thành lập bản đồ như phương án đo nối khống chế hay phương án bay chụp ảnh … 2. Đo nối, tính toán bình sai điểm KCA mặt phẳng và độ cao ngoại nghiệp Các điểm KCA (mặt phẳng và độ cao) trong toàn khu đo đều được đo bằng công nghệ GPS 2 tần Trimble5700. Tổng số điểm của lưới KCA: 41 điểm. + Điểm gốc tọa độ, độ cao : 06 điểm . + Điểm KCA : 32 điểm. + Điểm phụ : 01 điểm. + Cạnh dài nhất (P001 _ CP-17) : 109.7 km. + Cạnh ngắn nhất (IV-24_ N004) : 0.16 km. Việc tính toán bình sai Sử dụng phần mềm GPServey 2.35a để tính toán, bình sai lưới KCA. Tọa độ và độ cao điểm khống chế ngoại nghiệp sau bình sai xem( Phụ lục 4). 3. Bay chụp ảnh hàng không Khu vực bay chụp ảnh khu vực dự kiến xây dung công trình thuỷ điện Hạ Sê San 2 nằm toàn bộ trên lãnh thổ Vương Quốc Căm Pu Chia. Hoàn thành công tác đánh dấu mốc điểm khống chế ảnh trước khi bay chụp ảnh. Sau khi có đầy đủ phép bay chụp ảnh từ các cơ quan hữu quan của hai nước Việt Nam và Vương quốc Campuchia.Việc bay chụp ảnh được thực hiện trong 12-2007. Toạ độ tâm chụp được xác định bằng DGPS. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 60 - 4. Thực hiên đo vẽ trên trạm ĐVAS a. Xây dựng Project và các thông số khác * Tạo Project Xây dựng project là quá trình nhập các thông số cần thiết và xác nhận các file ảnh sử dụng cho công việc theo yêu cầu của hệ thống xử lý ảnh số. Khởi động phần mềm (ISPM). - Vào menu file/New project.Trên màn hình sẽ hiện lên bảng hộp thoại (Project location) ta tiến hành nhập các thông tin cần thiết trên các cửa sổ hội thoại như: tên Project Thư mục của chúng (Location). - Tiếp theo bấm Next thì bảng hội thoại hiện lên Project Type: Cho phép chọn kiểu dữ liệu: ảnh hàng không, ảnh vũ trụ…và chọn kiểu file dạng mã nhị phân hay kiểu file ASCII. - Project Units: Lựa chọn đơn vị cho công việc,đơn vị đo dài và đơn vị gốc. Đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo ảnh và viễn thám Sinh viên: Vũ Văn Cường Lớp Trắc địa A – K48- 61 - - Project Parameter Setting: Các thông s