...Phạm Thị Trang.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ

PHẠM THỊ TRANG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT
VÀ QUY TRÌNH THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH
SPOT 6 KHU VỰC NGOÀI LÃNH THỔ

HÀ NỘI, 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ

PHẠM THỊ TRANG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT
VÀ QUY TRÌNH THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH
SPOT 6 KHU VỰC NGOÀI LÃNH THỔ
Ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
Mã ngành: D502530

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. PHẠM XUÂN HOÀN

HÀ NỘI, 2016


1

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập rèn luyện trên ghế nhà trường em đã nhận được
rất nhiều sự giúp đỡ chỉ bảo quý báu của các thầy cô những điều quý báu đó không
chỉ giúp em củng cố thêm kiến thức, kỹ năng làm việc mà còn chuẩn bị cho em
hành trang để em bước tiếp trên con đường phía trước.
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy Thiếu tá. TS. Phạm
Xuân Hoàn, Phòng Bản đồ - Viễn thám, Cục Bản đồ - BTTM thầy đã hết lòng giúp
đỡ, định hướng, chỉ dạy cho em trong suốt thời gian em thực hiện và hoàn thành đồ
án.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô trong bộ môn Ảnh - Bản đồ nói
riêng và các thầy cô giáo trong khoa Trắc địa - Bản đồ nói chung đã chỉ dạy cho em
trong suốt thời gian dài vừa qua, luôn tạo những điều kiện tốt nhất, thuận lợi nhất
cho em để em có cơ hội được học tập, tìm hiểu tiếp thu những kiến thức mới.
Bên cạnh đó để hoàn thành đồ án em chân thành cảm ơn các thầy cô, cán bộ,
lãnh đạo Cục Bản đồ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em được tiếp cận với các tài
liệu chuyên sâu, cung cấp dữ liệu cần thiết để em hoàn thành tốt đồ án này.
Trong quá trình học tập, thực hiện đồ án với kinh nghiệm thực tiễn hạn chế
cho nên đồ án của em còn nhiều thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được những ý
kiến nhận xét, góp ý quý báu của thầy cô, từ đó nhanh chóng rút ra bài học, kịp thời
sửa chữa và hoàn thiện đồ án của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 21 tháng 06 năm
2016
Sinh viên

Phạm Thị Trang


2

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................ 1
MỤC LỤC.................................................................................................................................. 2
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................................ 4
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................................. 5
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................................ 5
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA
ẢNH VỆ TINH SPOT 6.......................................................................................................... 11
1.1. Giới thiệu chung về viễn thám................................................................................. 11
1.1.1. Các khái niệm cơ bản ............................................................................ 11
1.1.2. Phương pháp viễn thám......................................................................... 14
1.1.3. Phạm vi ứng dụng của ảnh viễn thám .................................................... 14
1.2. Hệ thống vệ tinh SPOT ............................................................................................ 15
1.2.1. Lịch sử ra đời của vệ tinh SPOT............................................................ 15
1.2.2. Các dòng vệ tinh của SPOT .................................................................. 16
1.3. Vệ tinh SPOT 6 ........................................................................................................ 18
1.3.1. Giới thiệu chung ................................................................................... 18
1.3.2. Ảnh vệ tinh SPOT 6 .............................................................................. 22
1.3.3. Ưu điểm của ảnh SPOT 6 với một số ảnh vệ tinh khác. ......................... 24
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH
SPOT 6...................................................................................................................................... 27
2.1. Các khái niệm chung ................................................................................................ 27
2.1.1. Định nghĩa bình đồ ảnh ......................................................................... 27
2.1.2. Ứng dụng của bình đồ ảnh .................................................................... 27
2.2. Nguyên lý nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh .............................................................. 28
2.2.1. Sự cần thiết nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh. ......................................... 28
2.2.2. Nguyên lý chung nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh .................................. 35
2.3. Các phương pháp và quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh ................................ 37

2.3.1. Các phương pháp thành lập bình đồ ảnh vệ tinh .................................... 37


3

2.3.2. Quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh................................................. 42
CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ
TINH SPOT 6 TẠI KHU VỰC BARCELONA ................................................................... 46
3.1. Giới thiệu khu vực thử nghiệm ................................................................................ 46
3.1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................. 46
3.1.2. Đặc điểm kinh tế, văn hóa, xã hội của Barcelona .................................. 47
3.2. Quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh vệ tinh sử dụng mô hình đa thức hữu tỉ
RPC trên phần mềm ENVI ............................................................................................. 47
3.2.1. Giới thiệu về phần mềm ENVI .............................................................. 47
3.2.2. Quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh sử dụng mô hình hàm đa thức
hữu tỉ trên phần mềm ENVI ............................................................................ 49
3.3. Quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh vệ tinh sử dụng mô hình vật lý trên
phần mềm ERDAS IMAGINE 2014. ............................................................................ 54
3.3.1. Giới thiệu về phần mềm ERDAS IMAGINE 2014. ............................... 54
3.3.2. Quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh vệ tinh sử dụng mô hình vật
lý trên ERDAS IMAGINE 2014. .................................................................... 55
3.4. Đánh giá độ chính xác bình đồ ảnh ........................................................................ 62
3.4.1. Dữ liệu sử dụng ..................................................................................... 62
3.4.2. Độ chính xác của bình đồ ảnh ............................................................... 63
3.5. Kết quả thực nghiệm ................................................................................................ 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................... 80
PHỤ LỤC ................................................................................................................................. 82

4

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CCD

Charge Coupled Device: Cảm biến CCD – Cảm biến chuyển đổi
hình ảnh quang học sang tín hiệu điện trong các máy thu nhận hình
ảnh

DEM

Digital Elevation Model: Mô hình số độ cao

ĐKC

Điểm khống chế

ĐKT

Điểm kiểm tra

ENVI

Environment for Visualizing Images: Phần mềm xử lý ảnh viễn
thám

ERDAS

Earth Resource Development Assessment System: Hệ thống phần
mềm xử lý ảnh

GCP

Ground Control Points: Điểm khống chế mặt đất

HRG

High Resolution Geometric: Bộ cảm có độ phân giải hình học cao

HRS

Hight Resolution Steroscopic: Bộ cảm thu ảnh lập thể độ phân giải
cao

HRV

High Resolution Visible: Bộ cảm tạo ảnh vùng nhìn thấy có độ
phân giải cao

NIR

Near Infrared Radiometer: Vùng hồng ngoại

NAOMI

New AstroSat Optical Modular Instrument: bộ tạo ảnh kiểu răng
lược độ phân giải cao

MS

MultiSpectrial: Ảnh đa phổ - ảnh màu

PAN

Panchromatic: Ảnh toàn sắc - ảnh đen trắng

RMS

Rigorous Model Sensor: Mô hình tuyệt đối chính xác

RPC

Rational Polynomial Coefficient: Mô hình đa thức hữu tỉ

VI

Vegetation Index: Chỉ số thực vật

VHR

Very Hight Resolution: Độ phân giải siêu cao

SPOT

SystÌme Pour l'Observation de la Terre: Dòng vệ tinh quang học độ
phân giải cao của Pháp.

SWIR

Short Wavelength Infrared Radiometer: Vùng hồng ngoại bước

sóng ngắn


5

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Tóm tắt sự phát triển của các vệ tinh SPOT ......................................................... 15
Bảng 2: Thông số kỹ thuật của ảnh và vệ tinh SPOT. ....................................................... 18
Bảng 3: Xê dịch vị trí điểm do chênh cao địa hình gây ra ................................................. 33
Bảng 4: Sai số cho phép của DEM ứng với góc nghiêng chụp ......................................... 33
Bảng 5: Tọa độ của 10 điểm kiểm tra ................................................................................. 64
Bảng 6: Số lượng điểm khống chế sử dụng để nắn ảnh trong từng phương án ................ 64
Bảng 7: Kết quả thực nghiệm các phương án kiểm tra trên ảnh PAN (ENVI)................. 65
Bảng 8: Kết quả thực nghiệm các phương án kiểm tra trên ảnh MS (ENVI) ................... 68
Bảng 9: Kết quả thực nghiệm các phương án kiểm tra trên ảnh PAN (ERDAS)............. 71
Bảng 10: Kết quả thực nghiệm các phương án kiểm tra trên ảnh MS (ERDAS) ............. 73

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Các thành phần của hệ thống viễn thám............................................................. 11
Hình 1.2: Viễn thám bị động, viễn thám chủ động ............................................................ 12
Hình 1.3: Vệ tinh SPOT 1, SPOT 5, SPOT 6 .................................................................... 17
Hình 1.4: Chùm vệ tinh quan sát Trái đất ........................................................................... 19
Hình 1.5: Độ dài tối đa dải quét và khả năng thu ảnh nghiêng của vệ tinh ....................... 20
Hình 1.6: Chế độ đa dải (trái) – Chế độ đơn dải (phải) ...................................................... 20
Hình 1.7: Chế độ tri-stereo mở rộng dải quét ảnh vệ tinh .................................................. 20
Hình 1.8: Khả năng thu ảnh của tri-sterio ........................................................................... 21
Hình 1.9: Ảnh hưởng của góc nghiêng dọc tới khả năng thu hình ảnh của SPOT6 khi có
góc nghiêng nhỏ (trái) và góc nghiêng lớn (phải)............................................................... 21
Hình 1.10: So sánh khả năng thu nhận ảnh của SPOT 6 (trái) và SPOT 5 (phải)............. 22
Hình 1.11: Một góc chụp sân bay Mali với SPOT5 ( trái) và SPOT6 (phải).................... 24

Hình 1.12: Khả năng phát hiện đối tượng ở ảnh SPOT 6 ( trái) và SPOT 5 (phải) .......... 25
Hình 1.13: Hình ảnh chi tiết một cơ sở chế biến thủy sản của SPOT 6 (trái-1.5m) và
Digital Globe QuickBird (phải-0.7m)................................................................................. 25


6

Hình 1.14: Hình ảnh nhà thờ thu được bởi SPOT 6 (trái) và ảnh thu của HVR Digital
Globe (phải) ......................................................................................................................... 26
Hình 1.15: Hình ảnh tháp nước thu bởi ảnh SPOT 6 và VHR Digital Globe................... 26
Hình 2.1: Độ xê dịch vị trí điểm trên ảnh nắn..................................................................... 31
Hình 2.2: Nguyên lý chung nắn ảnh số............................................................................... 36
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình thành lập bình đồ ảnh từ ảnh vệ tinh ........................................ 42
Hình 2.4: Trộn ảnh PAN và MS để tăng cường chất lượng ảnh ....................................... 44
Hình 3.1: Thành phố Barcelona, Tây Ban Nha .................................................................. 46
Hình 3.2: Sơ đồ quá trình nắn ảnh sử dụng mô hình hàm đa thức .................................... 49
trên phần mềm ENVI. ......................................................................................................... 49
Hình 3.3: Nhập ảnh cần nắn vào phần mềm ...................................................................... 50
Hình 3.4: Tìm vị trí điểm tương ứng với ĐKC trên ảnh cần nắn ...................................... 51
Hình 3.5: Nhập tọa độ điểm khống chế GCP 10................................................................ 51
Hình 3.6: Sai số nhập điểm khống chế trên ảnh cần nắn ................................................... 52
Hình 3.7: Tạo ảnh trực giao trên ENVI .............................................................................. 52
Hình 3.8: Các thuật toán tăng cường chất lượng ảnh trên ENVI....................................... 53
Hình 3.9: Ảnh sau khi được tăng cường chất lượng .......................................................... 53
Hình 3.10: Sơ đồ quá trình nắn ảnh sử dụng mô hình vật lý (ERDAS) ............................ 55
Hình 3.11: Modul IMAGINE Photogrametry của phần mềm ERDAS IMAGINE ........ 56
Hình 3.12: Tạo project làm việc trong quá trình nắn ảnh................................................... 56
Hình 3.13: Chọn mô hình vật lý đối với ảnh vệ tinh SPOT 6............................................ 57
Hình 3.14: Bảng nhập thông số cho mô hình vật lý ........................................................... 57
Hình 3.15: Màn hình làm việc của quá trình nắn ảnh ........................................................ 58

Hình 3.16: Nhập ảnh SPOT 6 và DEM vào trong block ................................................... 58
Hình 3.17: Công cụ Start point measurent tool .................................................................. 58
Hình 3.18: Màn hình nhập điểm khống chế ....................................................................... 59
Hình 3.19: Nhập tọa độ điểm khống chế GCP 1................................................................ 59
Hình 3.20: Bảng kết quả bình sai sau khi nhập 18 ĐKC và ĐKT..................................... 60
Hình 3.21: Bảng tạo ảnh trực giao sau khi nắn ảnh............................................................ 60
Hình 3.22: Các thuật toán tăng cường chất lượng ảnh của Pan Sharpen........................... 61


7

Hình 3.23: Thao tác tăng cường chất lượng ảnh với thuật toán Ehlers Fusion ................. 61
Hình 3.24: Vị trí của 19 ĐKC (ảnh trái) và 10 ĐKT (ảnh phải) ........................................ 63
Hình 3.25: Sơ đồ bố trí ĐKT trong các phương án nắn ảnh PAN (ENVI)....................... 65
Hình3.26: Sai số vị trí ĐKT theo 4 phương án nắn ảnh trên ảnh PAN (ENVI) ............... 66
Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn SSTP vị trí ĐKT trên ảnh PAN (ENVI) ............................... 66
Hình 3.28: Sơ đồ vị trí ĐKT theo các phương án nắn ảnh MS (ENVI)............................ 67
Hình 3.29: Sai số vị trí ĐKT theo phương án 7 ĐKC và 10 ĐKC.................................... 68
Hình 3.30: Sai số vị trí ĐKT theo phương án 13 ĐKC và 17 ĐKC.................................. 69
Hình 3.31: Đồ thị biểu diễn SSTP vị trí ĐKT trên ảnh MS (ENVI) ................................. 69
Hình 3.32: Sơ đồ vị trí ĐKT theo các phương án nắn ảnh PAN (ERDAS)...................... 70
Hình 3.33: Sai số vị trí ĐKT theo phương án sử dụng 7 ĐKC và 10 ĐKC...................... 71
Hình 3.34: Sai số vị trí ĐKT theo phương án sử dụng 13 ĐKC và 17 ĐKC.................... 72
Hình 3.35: Đồ thị biểu diễn SSTP vị trí ĐKT trên ảnh PAN (ERDAS) ........................... 72
Hình 3.36: Sơ đồ vị trí ĐKT theo các phương án nắn ảnh MS (ERDAS) ........................ 73
Hình 3.37: Sai số vị trí ĐKT theo 4 phương án nắn ảnh trên ảnh MS .............................. 74
Hình 3.38: Đồ thị biểu diễn SSTP vị trí ĐKT trên ảnh MS (ERDAS IMAGINE) .......... 75
Hình 3.39: Đồ thị biểu diễn SSTP vị trí ĐKT với ảnh PAN trên ENVI và ERDAS
IMAGINE............................................................................................................................ 76
Hình 3.40: Đồ thị biểu diễn SSTP vị trí ĐKT với ảnh MS trên ENVI và ERDAS

IMAGINE............................................................................................................................ 77