Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chấ

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành
Trắc Địa Ảnh Trường Mỏ Địa Chất


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Lời mở đầu!
Ngày nay, cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật,
công nghệ vũ trụ đã phát triển vô cùng nhanh chóng trong vài thập niên gầm
đây. Kỹ thuật viễn thám nói chung đã trở thành một phương tiện kỹ thuật hiện
đại được áp dụng trong nh iều lĩnh vực khoa học khác nhau như trong lâm
nghiệp, cập nhật và thành lập bản đồ, trong bảo vệ môi trường và phòng
chống thiên tai vv... Viễm thám là một phương thức thu nhận thông tin về các
đối tượng đó. Các thông tin thu được là kết quả của việc giải đoán mã hoặc đo
đạc những biến đổi mà các đối tượng tác động tới môi trường chung quanh
như trường điện từ, truờng âm thanh hoặc trường hấp đẫn.
Tính ưu việt cơ bản của thông tin viễn thám là khả năng tổng hợp và
tính tổng quát cao, độ chi tiết lớn. Bằng ảnh máy bay và ảnh vệ tinh ta co khả
năng nghiên cức các đối tuợng tự nhiên trên một diện rộng với độ phân giải
không gian vài mét. Tính lặp lại có chu kỳ của thông tin viễn thám cho phép
nghiên cứu sự biến động theo chu kỳ và sự thay đổi tính chất của các đối
tượng tự nhiên theo thời gian và dưới tác động của cá hoạt động kinh tế - xã
hội của con người.
Tuy nhiên, cũng như trong chụp ảnh hàng không, ảnh viễn thám cũng
bị biến dạng hình học do rất nhiều nguồn sai số gây ra. Các nguồn sai số chủ
yếu gây nên bi ến dạng hình học của ảnh viến thám có thể chia làm hai nhóm
chính là: sai số hình học do bản thân máy thu và sai số hình học do tác động
bên ngoài. Vì vậy, trong quy trình công nghệ xử lý ảnh viễn thám cho các
mục đích trên, công tác hiệu chính hình học ản h viễn thám chiếm một vai trò

quan trọng, quyết định đến tính chính xác và độ tin cậy của thông tin.
Để hiểu rõ bản chất của các nguồn sai số và cơ sở khoa học của công
tác hiệu chỉnh hình học ảnh viễn thám, em đã thực hiện đề tài tốt nghiệp “ Kỹ
thuật nắ n ảnh vệ tinh để thành lập bình đồ tỷ lệ 1 : 50.000”.
Dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Trường
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-1-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Xuân, cùng cô giáo Nguyễn Thị Thu Hương em đã tìm hiểu và thực hiện đề
tài được giao trong thời gian thực tập tốt nghiệp vừa qua. Em xin chân thành
cảm ơn sự giúp đỡ của thầy cô.
Đồ án tốt nghiệp được hoàn thành trong… .. trang đánh máy vi tính và
có bố cục 3 chương như sau:
Lời mở đầu
Chương I

: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VIỄN THÁM

Chương II : HIỆU CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH VỆ TINH
Chương III : KHẢO SÁT KỸ THUẬT NẮN ẢNH VỆ TINH
ĐỂ THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ TỶ LỆ 1 : 50.000
Kết luận

Mục lục
Tài liệu tham khảo

Vì thời gian thực tập có hạn và chưa được trải nghiệm thực tế nên đề tài
còn nhiều hạn chế và thiếu sót , kính mong thầy cô và các bạn góp ý để đề tài
của em được hoàn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Oanh

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-2-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

Chương I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VIỄN THÁM
§ I.1. Một số vấn đề cơ bản về viễn th ám
I.1.1. Khái niệm cơ b ản
Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của công nghệ vũ
trụ, phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin của các đối tượng trên mặt
đất.
Hiện nay, ảnh vệ tinh độ phân giải cao (1  4m) đang được các chuyên
gia sử dụng theo hưóng tích hợp với GPS (Global Positioning System) v à GIS
(Goegraphical Information System), nhằm khai thác dữ liệu không gian hiệu

quả phục vụ công tác thành lập bản đồ thành phố, quy hoạch giao thông, giám
sát biến động sử dụng đất… Trong đó, vệ tinh Ikonos được phóng vào tháng 4
năm 1999 đã cung cấp ảnh với độ phân giải không gian 1m và đặc biệt là vệ
tinh Quickbird được phóng vào tháng 10 năm 2001 cung cấp ảnh với độ phân
giải không gian 0.61m. Ảnh đa phổ độ phân giải không gian cao đã góp phần
quan trọng trong việc phát triển ứng dụng viễm thám trong nhiều lĩnh cực,
đáp ứng đòi hỏi mức độ cung cấp thông tin chi tiết và chính xác.
Ngoài việc thu thập thông tin từ ảnh đa phổ độ phân giải cao, ảnh ra đa
được thu tgạp bởi kỹ thuật viễn thám siêu cao tần cũng đã được sử dụng phổ
biến từ đầu thế kỷ này.
I.1.1.1 - Viễn thám là gì?
o

Khái niệm về viễn thám

Viễn thám được định nghĩa là khoa học nghi ên cứu các phương pháp
thu thập, đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần
tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Thuật ngữ viễn thám được sử dụng đầu ti ên ở Mỹ vào năm 1960, bao
gồm tất cả các lĩnh vực như không ảnh, giải đoán ảnh , địa chất ảnh…
Về bản chất, do các tính chất của vật thể có thể được xác định thông
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-3-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

qua năng lượng bức xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám là một công nghệ
nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông
qua những đặc trưng riêng về sự phản xạ và bức xạ .
o

Nguyên lý:

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp
thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước
sóng đã xác định.
Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh
viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng loại lớp phủ mặt đất
khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể.

D÷ liÖu sè
T­ liÖu ¶nh
T­ liÖu
mÆt ®Êt

Hình 1: Nguyên lý thu nhận dữ liệu được sử dụng trong viễn thám

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-4-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

I.1.1.2 - Phương pháp viễn thám
Phương pháp viễn thám là ph ương pháp sử dụng bức xạ điện
từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) như một ph ương tiện để điều
tra và đo đạc những đặc tính của đối tượng.
I.1.1.3 - Bộ cảm biến
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
được gọi là bộ cảm biến (Sensor). Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh
hoặc máy quét.
I.1.1.4 - Vật mang
Phương tiện mang các sensors được gọi là vật mang, có thể là
máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh.
Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt
trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu
nhận bởi bộ cảm biến đặt trên vật mang.
Máy bay và vệ tinh là những vật mang chủ yếu cho sự quan trắc trong
viễn thám. Định nghĩa này loại trừ những quan trắc về điện từ và trọng lực và
những quan trắc chủ yếu là để đo đạc nhưng trường lực nhiều hơn là đo đạc
bức xạ điện từ. Các quan trắc về từ v à bức xạ thường được thực hiện từ máy
bay, nhưng thường được xem như những quan trắc địa vật lý từ máy bay
nhiều hơn là viễn thám.
Chụp ảnh máy bay là dạng đầu tiên của viễn thám , và tồn tại như một
phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Việc phân tích ảnh
hàng không đã góp phần đáng kể trong việc phát hiện nhiều mỏ dầu và
khoáng sản trầm tích. Sự thành công này sử dụng dải nhìn th ấy của sóng điện
từ và có thể hiệu quả hơn nếu sử dụng các dải sóng khác. Từ1960, sự tiến bộ
của khoa học kỹ thuật cho phép thu được các hình ảnh của dải sóng khác

nhau, bao gồm cả dải sóng hồng ngoại và cực ngắn. Sự phát triển và sử dụng
các loại tàu vũ trụ có ng ười điều khiển và vệ tinh không có ng ười điều khiển
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

-5-

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VIỄN VIỄNTHÁM
§ I.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ B ẢN VỀ VIỄN
THÁM………………………......6
I.1.1. Khái niệm cơ
bản………………………………………………………………………6
I.1.1.1 - Viễn thám là
gì?.........................................................................................................6
I.1.1.2 - Phương pháp viễn
thám…………………................................................................ 7
I.1.1.3. Bộ cảm
biến…………………………………………………………………………7

I.1.1.4. Vật
mang……………………………………………………………………………
.7
I.1.1.5 - Toàn bộ quá trình thu nhận và xử ký ảnh viễn thám có thể chia thành
5 thành
phần……………………………………………………………………………
……………8
I.1.2. Phân loại viễn thám
…………………………………………………………………..8
§ I.2. TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH CÓ PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM
I.2.1. Ảnh vệ tinh quang
học………………….……………………………………………..9

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 90 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

I.2.1.1. Ảnh tương tự
……………………………..…………………………………………9
I.2.1.2. Ảnh
số…………………………………..…………………………………………...
9
1. Khái

niệm………………………………………….…………………………………
…...9
2. Ảnh vệ tinh
………………………………………..……………………………………..10
I.2.2. Các đặc trưng cơ bản của ảnh vệ
tinh…………….………………………………......11
I.2.2.1. Đặc
trưng……………………………………….…………………………………..
11
I.2.2.1. Tính chất hình học của ảnh vệ tinh
……………….……………………………….11
I.2.2.2. Tính chất phổ của ảnh vệ
tinh……………………….……………………………...12
I.2.2.3. Độ phân giải thời gian của ảnh vệ
tinh………………….…………………………..12
I.2.2.4. Xác định độ phân giải thích hợp nhu cầu công việc
……….………………………12
I.2.2.5. Hiển thị ảnh vệ
tinh………………………………………….………………………13
I.2.2.6.Thu nhỏ và phóng to hình
ảnh………………………………………………………..13

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 91 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

1. Thu nhỏ hình
ảnh……………………………………………………………………….13
2. Phóng đại hình ảnh
(magnification)…………………………………………………….14
3. Kỹ thuật cắt hình
ảnh……………………………………………….…………………...14
I.2.3. Một số kỹ thuật nâng cao chất lượng ảnh
số ……………………….………………..14
I.2.3.1. Biến đổi độ tương
phản………………………………………….………………...15
I.2.3.2. Tăng cường độ tương phản theo
tuyến…………………………….……………...16
I.2.3.3. Làm biến đối màu sắc, mật độ và cường độ màu trên
ảnh……….……………….16
I.2.3.4.

Kỹ thuật tăng cường đường

gờ.................................................................................21


Lọc không theo hướng

..........................................................................................22


Lọc theo hướng

.....................................................................................................23
I.2.3.5.

Kỹ thuật ghép nối ảnh

số. .........................................................................................24
I.2.3.6.

Thiết lập hình ảnh tổng hợp

nổi................................................................................26
I.2.3.7. Kỹ thuật chiết tách thông
tin………………………………………...........................30
I.2.3.7.1. Tạo các ảnh thành phần
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 92 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

chính………………………………………......................30
I.2.3.7.2. Tạo các ảnh tỷ
số ………………………………………………………………….31
I.2.3.7.3. Phân loại đa

phổ…………………………………………………………………..32
1- Phân loại có kiểm tra (supervice
clasification)……………………………………………33
2 - Phân loại không kiểm tra (unsuperviced
clasification)…………………………..………34
I.2.3.7.4. Tạo các ảnh có sự thay đổi (change detection
images)…………………………....35
I.2.4. Một số tư liệu ảnh vệ tinh phổ biến ở Việt
Nam………………………………………36
I.2.4.1. Tư liệu ảnh
LANDSAT……………………………………………………………...37
1. Mô hình trên quỹ đạo của
Landsat…………………………………..………….…………37
2. Thông số kỹ thuật của các vệ tinh
Landsat..……………………………………………....38
3. Ảnh của vệ tinh Landsat có các đặc điểm
sau…………….…………..………………….38
4. Các ảnh Landsat có ở Việt
Nam…………………………………………………………..39
I.2.4.2. Tư liệu ảnh
SPOT…………………………………………………………………….40
1. Quỹ
đạo………………………………………………………...……………………
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 93 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49

Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

…….41
2. Bộ
cảm……………………………………………………,,,……………………
………..42
3.Đặc tính cơ bản của hệ thống
Spot…………………………..……………………………42
I.2.4.3. Tư liệu
COSMOS……………………………………………….……………...…..43
1. Ảnh có độ phân giải
cao………………………………………..………………………...43
2. Ảnh có độ phân giải trung
bình………………………………..………………………….44
I.2.4.4. Tư liệu
Quickbird……………………………………….….………………………..44
1. Giới thi ệu chung về t ư liệu ảnh
Quickbird………………….…………………………...45
2. Các đặc điểm của
Quickbird…………………………………….….……………………..46
§ I.3. KHẢ NĂNG THÀNH LẦP BẢN ĐỒ BẰNG ẢNH VỆ
TINH….…..47
Chương 2 : NẮN CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH VỆ TINH
§ II.1. NGUYÊN NHÂN LÀM CHO BIẾN DẠNG ẢNH VỆ
TINH……………………49
II.1.1. Các nguyên nhân gây sai số méo hình của ảnh vệ
tinh……….………………………49
1. Sai số méo hình hình học của hệ thống Sensor:

…………………….………………….....50
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 94 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

2. Sai số do các yếu tố bên
ngoài:……………………………………………………………50
II.1.2. Một số yếu tố gây nên biến dạng hình học ảnh vệ
tinh………….…………………....51
II.1.3. Một số dạng méo hình của ảnh vệ
tinh………………………….…………………….51
II.1.4. Bản chất của hiệu chỉnh hình học ảnh vệ
tinh………………….…………………......52
§ II.2. NGUYÊN LÝ CHUNG ĐỂ NẮN CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH VỆ
TINH….53
II.2.1. Nguyên lí nắn ảnh số
chung……………………………………………….………….53
II.2.2. Đối với ảnh viễn thám
……………………………………………..…………………54
§ II.3.M Ô H ÌNH TO ÁN H ỌC
II.3.1. Một số mô hình toán
học……………………………………………..………………54
II.3.1.1. Phương pháp mô hình vật

lý……………………………………...………………...55
1. Mô hình vật
lý…………………………………………………..………………………..55
2. Các kiểu mô hình vật
lý…………………………………………..……………………….56
II.3.1.2. Phương pháp mô hình tham số / mô hình chặt
chẽ……….………………………...57
II.3.1.3. Phương pháp mô hình hàm đa thức hữu
tỷ………………….……………………..58
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 95 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

II.3.1.4. Phương pháp hàm đa
thức…………………………………….……………………59
II.3.1.5. Phương pháp mô hình
projective…………………………………..……………..60
II.3.1.6. Phương pháp mô hình
Affine……………………………………..………………61
II.3.2. Trình tự cơ bản để hiệu chỉnh hình
học………………………………..……………61
1. Chọn phương
pháp:…………………………………………………………..………….61

a. Hiệu chỉnh hệ
thống……………………………………………………………..………62
b. Hiệu chỉnh phi hệ
thống………………………………………………………..………..62
c. Hiệu chỉnh phối
hợp ……………………………………………………………..………63
2. Kiểm tra độ chính
xác……………………………………………………………..…….63
3. Nội suy và tái chia
mẫu………………………………………………………..….……..64
II.3.3. Độ chính xác hiệu chỉnh hình học ảnh vệ
tinh………………………………..…….65
Chương III : KHẢO SÁT KỸ THUẬT NẮN CHỈNH HÌNH HỌC ẢNH
SPOT ĐỂ THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ TỶ LỆ 1 : 50.000
§ III.1. GIỚI THIỆU KHU THỰC
NGHIỆM ………………………………..……….67
III.1.1. Điều kiện tự
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 96 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

nhiên………………………………………………………..………...67
1. Vị trí địa

lý………………………………………………………………………..……..6
7
2. Địa
hình……………………………………………………………………………
……68
3. Khí
hậu……………………………………………………………………………
…….68
4. Thuỷ
hệ………………………………………………………………………………
….69
5. Giao
thông……………………………………………………………………………
…69
III.1.2. Điều kiện dân cư, kinh tế, văn hoá – xã
hội……………………………………….69
1. Dân
cư………………………………………………………………………………
…..69
1.1.Mật độ dân
số ………………………………………………………………………….69
1.2.Các đơn vị hành chính Hà
Nội…………………………………………………………69
2. Kinh
tế………………………………………………………………………………

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 97 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt ngh iệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

…...70
3. Văn hoá – xã
hội ………………………………………………………………………………
…………..71
§ II.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NẮN ẢNH VỆ TINH ĐỂ THÀNH
LẬP BÌNH ĐỒ ẢNH T Ỷ L Ệ 1: 50.000 KHU VỰC HÀ NỘI
III.2.1. Quy trình thành lập bình ảnh vệ
tinh……………………………………………….71
1. Sơ đồ quy trình công nghệ
……………………………………………………..……….72
2. Các mức xử lý ảnh viễn
thám…………………………………………………..……….74
3. Khái niệm về bình đồ ảnh và việc lập bình đồ
ảnh………………………………..…….75
4. Giới thiệu về ảnh SPOT
5………………………………………………………..……...76
5. Giới thiệu về phần mềm
ERDAS………………………………………………..………76
III.2.2. Quy trình nắn ảnh SPOT 5 sử dụng phần mềm ERDAS thành lập bình
đồ ảnh tỷ lệ 1:
50.00……………………………………………………………………………
……..……77
III.2.2.1. Trình tự nắn ảnh trong phần mềm

ERDAS………………………………..……..77
III.2.2.2. Việc nắn ảnh, ghép và cắt mảnh bình đồ
ảnh………………………………….....80
1. Định vị ảnh vệ tinh từ ảnh
đơn………………………………………………………......80
Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 98 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Trắc Địa Ảnh

Trường Mỏ Địa Chất

2. Đối với khối
ảnh…………………………………………………………………..……...81
§ III.3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
KẾT LUẬN
MỤC LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Sinh viên Nguyễn Thị Oanh

- 99 -

Lớp Cao đẳng Trắc địa B – K49