(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu khả năng sử dụng ảnh hàng không chụp bằng máy bay không người lái (UAV) trong thành lập bản đồ địa chính (thử nghiệm tại xã vật lại, huyện ba vì, thành phố hà nội)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------

ĐỖ TRỌNG TUẤN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG ẢNH HÀNG KHÔNG
CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV)
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH
(Thử nghiệm tại xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015
 
 


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------

ĐỖ TRỌNG TUẤN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG ẢNH HÀNG KHÔNG
CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV)
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH
(Thử nghiệm tại xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội)

Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 60850103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN QUỐC BÌNH

HÀ NỘI - 2015 
 
 


 

LỜI CAM ĐOAN 

Tôi xin cam đoan, các số liệu và kết quả nghiên cứu được ghi trong luận văn
là trung thực, chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn, mọi thông tin trích dẫn trong bài luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

 
Tác giả luận văn

Đỗ Trọng Tuấn

 
 


 

LỜI CẢM ƠN

Để hồn thành tốt luận văn này, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả
các thầy cô giáo trong khoa Địa lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQGHN, đến các anh chị, bạn bè đã luôn chỉ bảo, hướng dẫn và động viên tận
tình trong suốt thời gian làm luận văn.
Đặc biệt tơi xin gửi lời cảm ơn, lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trần Quốc
Bình đã chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt q trình nghiên cứu và hồn
thành đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể cán bộ Phân
xưởng Bay chụp Xử lý ảnh thuộc Xí nghiệp Chụp ảnh Hàng không (Công ty TNHH
MTV Trắc địa Bản đồ) và Ủy ban Nhân dân xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà
Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận
văn.
 

Tôi xin chân thành cảm ơn!

 
 


 

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH BẰNG MÁY
BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI .......................................................................................4
1.1. Khái quát về công tác bay chụp ảnh hàng không .................................................4
1.1.1. Khái niệm về công tác bay chụp ảnh hàng không .................................................... 4

1.1.2. Công tác chụp ảnh hàng không và yêu cầu kỹ thuật trong quá trình bay chụp ............. 4
1.1.3. Khái niệm ảnh số và đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số .............................. 9

1.2. Công nghệ bay chụp ảnh hàng không bằng máy bay không người lái ............. 12
1.2.1. Khái quát về máy bay không người lái .................................................................. 12
1.2.2. Thiết bị chụp ảnh trên UAV và công tác xử lý dữ liệu bay chụp........................... 18
1.2.3. Nghiên cứu ứng dụng máy bay không người lái trong thành lập bản đồ ............... 21
1.2.4. Giới thiệu về hệ thống bay chụp ảnh không người lái UX5 .................................. 23

CHƯƠNG 2: THỬ NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH XÃ VẬT LẠI
TỪ ẢNH CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRIMBLE UX5 ..... 30
2.1. Giới thiệu về địa bàn thử nghiệm ...................................................................... 30
2.1.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................................. 30
2.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ....................................................................................... 31
2.1.3. Các tài liệu thu thập được....................................................................................... 31

2.2. Quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng công nghệ bay chụp ảnh không
người lái ................................................................................................................... 32
2.2.1. Chuẩn bị tài liệu, khảo sát, lập kế hoạch bay ......................................................... 32
2.2.2. Thực hiện bay chụp và đo điểm khống chế ảnh ..................................................... 33
2.2.3. Xử lý ảnh, nắn ảnh và tạo ảnh trực giao................................................................. 39
2.2.4. Giải đoán và điều vẽ ranh giới thửa đất ................................................................. 44
2.2.5. Biên tập bản đồ....................................................................................................... 45
2.2.6. Đánh giá độ chính xác ............................................................................................ 45

2.3. Kết quả thành lập bản đồ địa chính ................................................................... 45

 
 

 

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BAY CHỤP
ẢNH BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
ĐỊA CHÍNH ............................................................................................................. 47
3.1. Phân tích kết quả thử nghiệm so với các quy định hiện hành về bản đồ địa chính..... 47
3.1.1. Tổng hợp các quy định đối với bản đồ địa chính ................................................... 47
3.1.2. Đánh giá kết quả bản đồ đạt được .......................................................................... 49

3.2. Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không
người lái trong đo vẽ bản đồ địa chính..................................................................... 57
3.2.1. Về khả năng triển khai và độ chính xác ................................................................. 57
3.2.2. Về hiệu quả kinh tế ................................................................................................ 57
3.2.3. Những thuận lợi và khó khăn khi áp dụng ảnh chụp bằng máy bay không người lái
vào thành lập bản đồ địa chính ......................................................................................... 58

3.3. Một số kiến nghị về ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không
người lái trong thu thập dữ liệu không gian về đất đai ở Việt Nam ........................ 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................. 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 64
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 66
 

 

 
 

 

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Độ phủ ngang, dọc của các tấm ảnh............................................................5
Hình 1.2. Drone siêu nhỏ Black Hornet ................................................................... 13
Hình 1.3. Hệ thống UAV Falcon-PARS .................................................................. 13
Hình 1.4. Máy ảnh RCD30 và TC-1235 UAV ........................................................ 14
Hình 1.5. Các mơ hình máy khơng người lái ở Việt Nam ....................................... 15
Hình 1.6. Máy bay khơng người lái M-400CT ........................................................ 16
Hình 1.7. Máy bay AV.UAV.S2 .............................................................................. 17
Hình 1.8. Trực thăng có gắn camera và máy quay phim của FlyCAM ................... 18
Hình 1.9. Máy chu ̣p ảnh hàng không kỹ thuật số khổ lớn Vexcel UltraCamXp ..... 20
Hình 1.10. Thiết bị bay chụp khơng người lái eBee ................................................ 22
Hình 1.11. Thiết bị bay chụp khơng người lái MD4-1000 ...................................... 22
Hình 1.12. Thiết bị bay chụp khơng người lái Q-200 .............................................. 22
Hình 1.13. Hệ thống Trimble UX5 .......................................................................... 23
Hình 1.14. Cấu tạo mặt trên của Trimble UX5 ........................................................ 24
Hình 1.15. Cấu tạo mặt dưới của Trimble UX5 ....................................................... 24
Hình 1.16. Máy ảnh Sony NEX-5R ......................................................................... 25
Hình 1.17. Góc chụp, độ cao và diện tích một tấm ảnh chụp tương ứng................. 25
Hình 1.18. Trạm điều khiển mặt đất của UX5 ......................................................... 26
Hình 1.19. Bộ dị tìm thiết bị.................................................................................... 27
Hình 1.20. Bệ phóng của UX5 ................................................................................. 28
Hình 1.21. Cơ cấu các lĩnh vực ứng dụng Trimble UX5 ......................................... 28
Hình 1.22. Các nghiên cứu viên của Đại học Dakota và một phần bãi biển chụp
được bằng Trimble UX5 .......................................................................................... 29
Hình 1.23. Sản phẩm mơ hình 3D tại Machu Picchu............................................... 29
Hình 2.1. Vị trí xã Vật Lại ....................................................................................... 30
Hình 2.2. Quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng máy bay khơng người lái ..... 32

Hình 2.3. Những nguy cơ mất an toàn khi cất cánh và hạ cánh............................... 34

 
 


 

Hình 2.4. Hướng thiết kế tuyến bay ......................................................................... 34
Hình 2.5. Thiết kế tuyến bay tự động khu chụp xã Vật Lại trên Aerial Imaging .... 35
Hình 2.6. Bệ phóng máy bay.................................................................................... 36
Hình 2.7. Vị trí các điểm khống chế ảnh thực tế...................................................... 38
Hình 2.8. Sơ đồ các tuyến bay được lựa chọn ......................................................... 40
Hình 2.9. Kết quả tính tốn tăng dày khống chế ...................................................... 41
Hình 2.10. Tạo đám mây điểm độ cao của khu đo................................................... 42
Hình 2.11. Mơ hình số độ cao dạng TIN của khu đo ............................................... 43
Hình 2.12. Ảnh trực giao khu vực xã Vật Lại .......................................................... 44
Hình 2.13. Giải đốn đối tượng ranh giới thửa ........................................................ 45
Hình 3.1. Tương quan giữa bản đồ giải thửa và bản đồ vẽ nền ảnh ........................ 50
Hình 3.2. Quá trình số hóa ảnh bản đồ giải thửa đã nắn .......................................... 52
Hình 3.3. Quá trình nắn, tạo ảnh trực giao ............................................................... 53
Hình 3.4. Tương quan giữa các đỉnh thửa đo bằng GPS và bản đồ vẽ nền ảnh ...... 54

 

 
 


 

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Khả năng hoạt động của hệ thống UX5 ................................................... 26
Bảng 2.1. Tọa độ các điểm địa chính cơ sở ............................................................. 38
Bảng 2.2. Tọa độ các điểm khống chế ảnh đo được ................................................ 39
Bảng 2.3 Bảng sai số của điểm khống chế ảnh sau bình sai .................................... 42
Bảng 3.1. Độ chính xác yêu cầu của bản đồ địa chính ............................................ 48
Bảng 3.2. Sai số nắn ảnh bản đồ giải thửa ............................................................... 50
Bảng 3.3. Sai số bản đồ số hóa nền ảnh tính theo bản đồ Giải thửa ........................ 52
Bảng 3.4. Bảng sai số tọa độ của các đỉnh thửa so với kết quả đo GPS .................. 54
Bảng 3.5. Sai số bản đồ số hóa nền ảnh tính theo kết quả đo GPS .......................... 56

 

 
 


 

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CCD (Charge Coupled Device)

Bộ cảm biến ánh sáng

GPS (Global Position System)

Hệ thống định vị toàn cầu

UAV (Unmanned Aerial Vehicle)

Máy bay không người lái

 

 
 


 

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn
Cơng nghệ Viễn thám và Ảnh số trên thế giới đã và đang phát triển rất đa
dạng, với nhiều thiết bị thu nhận các hình ảnh có độ phân giải mặt đất rất cao, có thể
được thu nhận từ cự ly rất gần vài chục mét cho đến khoảng cách rất xa hàng trăm
kilômét. Dựa trên công nghệ khác nhau mà hiện nay người ta chia ra các loại hình
thu nhận hình ảnh mặt đất như: chụp ảnh vệ tinh, chụp ảnh hàng khơng bằng máy
bay có người lái, bằng máy bay không người lái (UAV) và công nghệ quét LiDAR.
Trong các loại hình cơng nghệ nêu trên thì có loại đã được phát triển và ứng
dụng từ lâu, cũng có loại mới được ứng dụng rộng rãi gần đây. Tuy nhiên, mỗi cơng
nghệ đều có những ưu điểm và nhược điểm, áp dụng sao cho phù hợp vào tùy từng
lĩnh vực, từng ngành khác nhau. Một trong những lĩnh vực rất quan trọng mang tầm
quốc gia đó là quản lý đất đai. Việc sử dụng tài nguyên đất đai là nhiệm vụ quan
trọng, được đưa lên hàng đầu không chỉ tại Việt Nam mà còn ở tất cả các quốc gia
trên thế giới nhằm phát triển một cách bền vững. Một công việc không thể thiếu để
quản lý chặt chẽ và hiệu quả nguồn tài nguyên đất đai là đo vẽ bản đồ địa chính,

một thành phần quan trọng của hồ sơ địa chính.
Ở Việt Nam cũng đã áp dụng rất nhiều phương pháp tự nghiên cứu cũng như
thừa hưởng những phát minh tiên tiến trên thế giới để đáp ứng nhu cầu quản lý đất
đai của mình trong cơng tác thành lập bản đồ địa chính số. Trong đó không thể
không kể đến công nghệ chụp ảnh hàng không, phổ biến nhất là ảnh hàng không
chụp bằng máy bay có người lái, đã được triển khai ở Việt Nam từ lâu, công nghệ
này cũng liên tục được cải tiến để ngày càng hiệu quả cũng như bắt kịp tiến bộ khoa
học kỹ thuật trên thế giới. Mặc dù vậy, với công nghệ này vẫn tồn tại một số nhược
điểm như: chi phí bay chụp cịn cao, phụ thuộc nhiều vào thời tiết, khơng cập nhật
được thường xun tính hiện thời của thực địa. Những nhược điểm này cần được
khắc phục, bù lấp bằng công nghệ mới tốt hơn và kinh tế hơn. Điển hình nhất đó là

1 
 


 

công nghệ chụp ảnh bằng máy bay không người lái (UAV) đang dần phát triển
mạnh. Đây là một hướng mới nên cần những nghiên cứu sâu rộng hơn và đánh giá
nghiêm túc trong quá trình thử nghiệm thực tế, nhằm tận dụng tốt nhất những đặc
điểm kỹ thuật nổi trội của các hệ thống bay chụp ảnh không người lái vào thành lập
bản đồ địa chính nói riêng cũng như trong vấn đề quản lý đất đai nói chung ở Việt
Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu, đánh giá đặc điểm và tính năng kỹ thuật của hệ thống bay chụp
ảnh khơng người lái UX5 của hãng Trimble, từ đó xác định khả năng ứng dụng
công nghệ này trong đo đạc địa chính thơng qua thử nghiệm tại khu đo xã Vật Lại,
huyện Ba Vì, TP. Hà Nội.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đề ra, nhiệm vụ nghiên cứu cần thực hiện bao gồm:
- Tổng hợp và nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của hệ thống bay chụp ảnh
không người lái Trimble UX5.
- Thử nghiệm thành lập bản đồ địa chính ở xã Vật Lại, huyện Ba Vì, TP. Hà Nội.
- Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không
người lái trong đo đạc địa chính.
4. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi không gian nghiên cứu: Đề tài được thực hiện trên địa bàn xã Vật
Lại, huyện Ba Vì, TP. Hà Nội.
Phạm vi khoa học: Đề tài giới hạn nghiên cứu ở vấn đề ứng dụng công nghệ
bay chụp ảnh bằng máy bay khơng người lái trong đo đạc địa chính ở Việt Nam.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu: thu thập phân tích các tài liệu kĩ
thuật về hệ thống Trimble UX5 và hiện trạng địa bàn thử nghiệm.

2 
 


 

Phương pháp đo ảnh số: xử lý ảnh, nắn ảnh và tạo bình đồ ảnh trực giao.
Phương pháp trắc địa vệ tinh: đo điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp.
Phương pháp đoán đọc và điều vẽ ảnh: được sử dụng để giải đoán và điều vẽ
ranh giới thửa đất trên nền bình đồ ảnh tạo được.
6. Kết quả đạt được
Đưa ra được những đánh giá về khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh
bằng máy bay không người lái trong thành lập bản đồ địa chính.
7. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung chính của luận văn gồm

3 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không
người lái.
Chương 2: Thử nghiệm thành lập bản đồ địa chính xã Vật Lại từ ảnh chụp
bằng máy bay không người lái Trimble UX5.
Chương 3: Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy
bay không người lái trong thành lập bản đồ địa chính.

3 
 


 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH
BẰNG MÁY BAY KHƠNG NGƯỜI LÁI

1.1. Khái qt về cơng tác bay chụp ảnh hàng không
1.1.1. Khái niệm về công tác bay chụp ảnh hàng không
Chụp ảnh hàng không là việc sử dụng các thiết bị bay trên khơng như khinh
khí cầu, tàu lượn, máy bay,... để mang máy ảnh lên cao chụp bề mặt của mặt đất.
Sản phẩm của chụp ảnh hàng không là các tấm ảnh theo một tỷ lệ phù hợp với mục
đích sử dụng và dựa vào các tấm ảnh đó ta có thể tiến hành đo vẽ thành lập bản đồ
gốc hoặc đoán đọc điều vẽ các địa vật chụp được trên ảnh [6].
Có 2 loại máy chụp ảnh chuyên dụng được sử dụng trong quá trình chụp ảnh
hàng khơng là máy chụp ảnh tương tự (chụp phim) và máy chụp ảnh số.
1.1.2. Công tác chụp ảnh hàng không và yêu cầu kỹ thuật trong quá trình bay chụp
a. Khái niệm
Cơng tác bay chụp là một trong những cơng đoạn quan trọng nhất của q
trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh. Công tác bay chụp thường được

thực hiện trong điều kiện thời tiết tốt, trời trong ít mây bởi vì các đám mây sẽ che
khuất các chi tiết địa hình, địa vật của bề mặt thực địa trên ảnh chụp được.
Dựa theo giá trị sử dụng của ảnh chụp và phương thức chụp, người ta chia
ra các hình thức chụp ảnh sau [5]:
- Chụp ảnh đơn: Là chụp ảnh từng vùng nhỏ của khu đo theo từng tấm ảnh
riêng biệt. Các tấm ảnh chụp kề nhau khơng có liên kết hình học với nhau. Chụp
ảnh đơn được dùng cho điều tra khảo sát, do thám quân sự,... trên những vùng
tương đối nhỏ, hoặc để chụp ảnh bổ sung các khu vực chụp sót, chụp thiếu.

4 
 


 

- Chụp ảnh theo tuyến: Là chụp theo một tuyến đã bố trí sẵn. Giữa các tấm
ảnh kề nhau trên một tuyến có độ phủ lên nhau và được gọi là độ phủ dọc, kí hiệu là
p, đơn vị tính là % của kích thước tấm ảnh:

p
Trong đó:

lx
100%
l

(1.1)

l - kích thước của tấm ảnh;
lx - kích thước của phần phủ theo hướng dải bay.

Hình 1.1. Độ phủ ngang, dọc của các tấm ảnh [6]
Chụp ảnh theo tuyến được ứng dụng rộng rãi để giải quyết những vấn đề về
dân sự, quân sự, trong nghiên cứu khoa học,... điển hình là khảo sát các đối tượng
dạng tuyến như hệ thống giao thông, hệ thống thuỷ văn, thủy lợi, đường địa giới
v.v... Trong đo vẽ địa hình, chụp ảnh theo tuyến được dùng cho việc bố trí các dải
bay chặn theo hướng vng góc với các dải bay chụp theo nhiều tuyến. Việc bố trí

5 
 


 

dải bay chặn như thế cho phép ta giảm được khá nhiều điểm khống chế ngoại
nghiệp góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Chụp ảnh theo khối (nhiều tuyến): Phương pháp này cịn gọi là chụp ảnh
theo diện tích là chụp theo nhiều tuyến dải bay thẳng, song song và cách đều nhau.
Các tấm ảnh kề nhau trong cùng dải bay được liên kết với nhau bằng độ phủ dọc p,
các tấm ảnh trên hai dải bay kề nhau được liên kết với nhau bằng độ phủ ngang. Độ
phủ ngang của ảnh hàng không được ký hiệu bằng q và được xác định theo cơng
thức:

q
Trong đó:

ly
l

100%

(1.2)

l - kích thước tấm ảnh;
ly - kích thước phần phủ của hai ảnh trên 2 dải bay kề.

Thường người ta quy định độ phủ dọc là 60% và độ phủ ngang khoảng 30%.
Trong trường hợp cụ thể tùy theo loại địa hình, tùy theo yêu cầu sử dụng ảnh,
các độ phủ này có thể thay đổi, nhưng không nhỏ hơn các giá trị trên.
Dựa theo tỷ lệ trung bình của ảnh chụp, người ta chia ra như sau: Chụp ảnh
tỷ lệ lớn, tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ.
Khi chụp thẳng, tỷ lệ ảnh hàng không là hàm số của độ cao bay chụp Hbc,
tiêu cự kính vật máy ảnh fk, cịn khi chụp nghiêng ngoài Hbc và f k ra tỷ lệ ảnh cịn
phụ thuộc vào góc nghiêng  của trục quang máy chụp ảnh khi lộ quang so với
đường dây dọi và tung độ y của điểm ảnh trên ảnh. Vì vậy:
l
 F ( H , f , 0 , y)
m

(1.3)

Thông thường, tỷ lệ ảnh được phân thành 3 loại sau:
- Chụp ảnh tỷ lệ lớn khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp lớn hơn 1:10.000.

6 
 


 

- Chụp ảnh tỷ lệ trung bình là khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp từ 1:10.000 1:30.000.
- Chụp ảnh tỷ lệ nhỏ là khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp nhỏ hơn 1:30.000.
Quan hệ giữa tỷ lệ ảnh chụp và tỷ lệ bản đồ cần thành lập được thể hiện bằng
cơng thức [6]:

mC M

(1.4)

Trong đó: m - mẫu số tỷ lệ của ảnh hàng không.
C - hệ số kinh tế, theo các kết quả nghiên cứu lý luận và thực tiễn, hệ số C
thường được lựa chọn từ 130 - 400 với từng loại tỷ lệ bản đồ cần thành lập theo
phương pháp lập thể và tuỳ thuộc vào phương tiện kỹ thuật sử dụng.
M - mẫu số tỷ lệ bản đồ cần thành lập.
b. Yêu cầu kĩ thuật trong q trình bay chụp
- Tính tốn các thông số chụp ảnh: Khi lập thiết kế bay chụp, ngoài việc lựa
chọn tỷ lệ chụp ảnh, độ cao bay chụp và tiêu cự máy chụp, cần phải tính tốn các
thơng số kỹ thuật cơ bản sau:
+ Tính cạnh đáy chụp ảnh Bx:
BX 

1
(100  p%)l.ma
100

(1.5)

+ Tính khoảng cách giữa 2 dải bay kề By:
BY 

1
(100  q%)l.ma
100

(1.6)

Trong các công thức trên: l là kích thước của ảnh, p và q là độ phủ dọc và độ
phủ ngang của ảnh. Độ phủ dọc p tối thiểu là 60%, độ phủ ngang q khoảng 20-30%
để đảm bảo khả năng quan sát lập thể và liên kết tồn khối ảnh.
+ Tính tổng số ảnh cần chụp N:

7 
 


 

Số ảnh cần chụp trong khu đo là tổng số ảnh cần chụp trong từng dải bay
được tính như sau:
n

N   Nk

(1.7)

k 1

Trong đó: N k  Int

Lxk

 1 với Lxk là chiều dài của dải bay thứ k;
Bx

n là số dải bay của khu chụp, n  Int

LY
 1 với LY là độ rộng của khu bay
BY

chụp.
- Lập bản đồ bay: Bản đồ được sử dụng để thực hiện quá trình bay chụp ảnh
được gọi là bản đồ bay chụp. Bản đồ bay chụp có thể chia làm hai loại riêng biệt:
bản đồ bay và bản đồ chụp. Bản đồ bay dùng cho phi công và hoa tiêu chụp ảnh để
định hướng chung, còn bản đồ chụp dùng cho hoa tiêu định hướng chi tiết khi chụp
ảnh. Khi bản đồ bay có đầy đủ các nội dung như bản đồ chụp thì có thể sử dụng làm
bản đồ chụp. Thông thường, người ta sử dụng bản đồ tỷ lệ 1:100.000 - 1:500.000
làm bản đồ bay chụp khi thành lập bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ 1:50.000 1:100.000 làm bản đồ bay chụp khi chụp ảnh tỷ lệ lớn [6].
Trên bản đồ chụp cần thể hiện các chi tiết sau:
+ Ranh giới tồn bộ diện tích khu chụp và ranh giới từng khu chụp riêng biệt.
+ Các tuyến bay với độ dài của tuyến, khoảng cách giữa các tuyến và số
lượng tấm ảnh chụp trên mỗi tuyến bay.
+ Các địa vật định hướng trên từng tuyến bay.
+ Các đặc trưng địa hình, như đỉnh núi, thung lũng với cao độ được ghi chú
rõ ràng và độ cao bay trung bình của khu chụp.
+ Các đặc điểm khí hậu, như hướng gió, tốc độ gió.
+ Trong một số trường hợp, như khi khoảng cách giữa các tuyến bay tương
đối nhỏ khơng thuận lợi cho việc lượn vịng của máy bay để vào đường bay tiếp cần

8 
 

 

thể hiện phương pháp bay lượn trên bản đồ bay chụp.
Khi ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS trong dẫn đường bay thì cơng
tác bay có thể hồn toàn được thực hiện một cách tự động.
Khi bay chụp bằng thiết bị bay khơng người lái thì phạm vi khu đo thường
nhỏ, do vậy trước bay chụp cần phải thu thập các nguồn tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn
1:5.000 hoặc các bản đồ có tỷ lệ trung bình 1:10.000 phục vụ cho việc thiết kế tuyến
bay. Hiện nay, đa số các thiết bị bay không người lái phục vụ bay chụp ảnh đều
được trang bị phần mềm thiết kế tuyến bay và cho phép sử dụng dữ liệu ảnh từ
Google Earth [7].
1.1.3. Khái niệm ảnh số và đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số
a. Khái niệm
Ảnh số là một mảng hai chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thước được
gọi là điểm ảnh (pixel) [1]. Mỗi một pixel được xác định bằng: tọa độ hàng, tọa độ
cột và độ xám. Độ xám của mỗi pixel được mã hóa theo đơn vị thơng tin là bit.
Thường thì pixel của ảnh tồn sắc được mã hóa theo 8 bit tức là 28 = 256 bậc độ
xám. Với ảnh màu được tổ hợp từ ba kênh: R, G, B với mỗi kênh được mã hóa theo
độ xám khác nhau. Mỗi kênh có tối đa 256 bậc độ xám thì ảnh màu sẽ có tối đa 2563
= 16777216 màu, đồng nghĩa với việc để mã hóa một pixel trong ảnh màu cần đến
3×8 = 24 bit lưu trữ.
Mỗi điểm ảnh tương ứng với một pixel được mô tả bằng hàm số: F(x,y,D)
với các biến là tọa độ điểm ảnh (x,y) và giá trị độ xám của nó (D).
Với giá trị hàm được giới hạn trong phạm vi các số nguyên dương và có thể
viết là: 0 < F < Fmax, trong đó Fmax là lượng thơng tin tối đa được lưu trữ (Fmax = 256
với ảnh 8 bit).
Nếu mơ tả một ảnh màu thì mỗi thành phần màu cơ bản (màu đỏ-R, màu lụcG, màu lam-B) của ảnh sẽ được biểu diễn bằng các hàm số ảnh thành phần, tức là:

9 
 


 

r(x,y,Dr)
F = g(x,y,Dg)

(1.8)

b(x,y,Db)
Trong đó Dr, Dg, Db là giá trị độ xám tương ứng với ba thành phần màu cơ
bản.
Như vậy ảnh số là một ma trận giá trị độ xám có n cột và m hàng. Các phần
tử của ma trận ảnh số là những điểm ảnh rời rạc với tọa độ của nó được xác định
bằng một số nguyên dương nằm giữa (1 n) cột và (1 m) hàng. Tức là:
1  x  n-1 ; 1  y  m-1
Tọa độ của một điểm ảnh trên ảnh số sẽ được xác định theo công thức (1.9):
x i = x o + i x
yj = yo + jy
Trong đó:

(1.9)

i = 0, 1, 2,..., m-1
j = 0, 1, 2,..., n-1

x, y là khoảng cách lấy mẫu trên hướng x và hướng y, thông thường x = y.
Độ xám của ảnh sẽ được lấy mẫu và sắp xếp theo ma trận độ xám [5]:

d00

... d0i

...

... ...

... d0,n-1
...

...

D = dj0

... dji

... dj,n-1

...

... ...

...

(1.10)

...

dm-1,0 ... dm-1,i ... dm-1,n-1

Trong đó: di,j là mức xám của pixel ảnh ở cột i và hàng j của ma trận.
b. Độ phân giải của ảnh số
- Độ phân giải hình học là khoảng cách hình học tối thiểu giữa hai đối tượng

10 
 


 

mà chúng phân chia và tách biệt với nhau trên ảnh. Biểu thị cho độ phân giải khơng
gian là: kích cỡ pixel và dpi (dots per inch); Kích cỡ pixel thể hiện độ rộng của một
pixel, thường tính theo đơn vị m. Kích cỡ pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng
cao; Đơn vị đo độ phân giải dpi là thể hiện số lượng pixel chứa trong 1 inch (2,54
cm) chiều dài. Số pixel trên 1 inch càng nhiều thì độ phân giải càng cao. Mối quan
hệ giữa hai đơn vị đo trên được biểu diễn bằng công thức sau:
,

(1.11)

Trong máy chụp ảnh số, người ta gọi độ phân giải của ảnh theo số lượng
pixel của bản thân tấm ảnh tương ứng với số hàng nhân số cột của ảnh số, thường
lấy đơn vị là MP-Mega Pixel.
- Độ phân giải độ xám là sự chênh lệch nhỏ nhất về độ xám mà hai pixel có
thể phân biệt với nhau trên ảnh [1]. Độ phân giải độ xám được xác định bởi số bậc
độ xám của một pixel, thường lấy 256 bậc để biểu thị độ xám trong ảnh toàn sắc và
2563 bậc màu trong ảnh màu.
Kích thước tấm ảnh: là số hàng và cột trên mỗi tấm ảnh.
c. Các đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số
- Ảnh được chụp theo hướng vng góc với mặt đất, trên cùng một tấm ảnh

tỷ lệ không đồng nhất.
- Gốc tọa độ ảnh: Mỗi pixel được xác định bằng tọa độ hàng và cột, hệ tọa độ
ảnh thường có điểm 0 ở góc trên bên trái và tăng dần từ trái sang phải đối với chỉ số
cột và từ trên xuống đối với chỉ số hàng.
- Số kênh phổ: thông thường đối với máy chụp ảnh phổ thông, số kênh phổ
trên mỗi tấm ảnh là 3 kênh tương đương với các màu cơ bản Red, Green, Blue
(RGB). Với các máy ảnh kỹ thuật số tiên tiến hiện nay, một máy có chức năng chụp
với 5 kênh phổ gồm: ảnh Pan (toàn sắc), ảnh màu RGB, ảnh NIR (cận hồng ngoại).

11 
 


 

- Các nguyên tố định hướng trong của ảnh số được xác định bởi: tiêu cự của
máy ảnh, gốc tọa độ, số hàng và số cột, độ phân giải của ảnh.
1.2. Công nghệ bay chụp ảnh hàng không bằng máy bay không người lái
1.2.1. Khái quát về máy bay không người lái
Có hai thuật ngữ để định nghĩa về máy bay khơng người lái, đó là:
- UAV (Unmanned Aerial Vehicle) là phương tiện bay không người lái.
Theo đúng nghĩa của nó thì hồn tồn khơng có phi cơng lái mà nó được điều khiển
từ xa hoặc cũng có thể bay theo một lịch trình được thiết lập sẵn.
- UAS (Unmanned Aircraft System) là hệ thống máy bay không người lái,
định nghĩa này để nhấn mạnh các hệ thống không chỉ bao gồm máy bay mà còn bao
gồm cả trạm kiểm soát trên mặt đất và một số thiết bị/yếu tố khác kèm theo trên
máy bay [14].
Với hai khái niệm trên có thể thấy điểm khác nhau ở chỗ UAV chỉ đơn thuần
là một thiết bị bay có điều khiển từ xa, còn UAS là cả một hệ thống phức tạp kèm
theo cả trên thiết bị bay và cả trạm điều khiển trên mặt đất. Tuy nhiên, khi nhắc đến

máy bay khơng người lái thì người ta thường nghĩ đến khái niệm UAV hơn vì nó
đơn giản và dễ hiểu.
a. Trên thế giới
Các hệ thống UAV được phát triển và ứng dụng từ những năm 1916, chủ yếu
vào lĩnh vực cứu hộ và quân sự. Những nước đã phát triển mạnh hệ thống UAV từ
lâu là Đức, Hoa Kỳ, Liên Xô cũ (bây giờ là Nga), và gần đây là một số nước như
Israel, Trung Quốc, Nhật Bản,... Dưới đây, luận văn sẽ mô tả khái quát một số hệ
thống UAV tiêu biểu trên thế giới.
1. Máy bay drone trinh sát siêu nhỏ PD-100 Black Hornet
Black Hornet là một chiếc máy bay drone siêu nhỏ, được thiết kế phát triển
bởi Công ty Prox Dynamics có trụ sở tại Na Uy và Mỹ, có thể đặt vừa giữa 2 ngón

12 
 


 

tay hoặc cho gọn gàng vào túi áo như bất cứ vật dụng bình thường nào khác. Trang
bị chủ yếu của Black Hornet là camera nhằm phục vụ công tác do thám qn sự mà
khơng bị phát hiện. Người lính chỉ cần sử dụng cần điều khiển bằng một tay và theo
dõi hình ảnh được truyền trực tiếp từ con bọ này. Black Hornet có thể quay lại
video thơng thường hoặc hồng ngoại, hoạt động trong phạm vi khoảng 1,6 km tính
từ nơi điều khiển và có thể bay suốt 25 phút [20].

Hình 1.2. Drone siêu nhỏ Black Hornet (nguồn Internet)
2. Hệ thống UAV Falcon-PARS của Nhật

Hình 1.3. Hệ thống UAV Falcon-PARS

13 
 


 

Falcon-PARS là một hệ thống chụp ảnh hàng không siêu nhỏ của Nhật được
chế tạo theo công nghệ của Đức bao gồm thiết bị bay UAV được lắp thêm máy
chụp ảnh phổ thơng có gắn GPS và phần mềm chun dụng để xử lý hình ảnh chụp.
UAV này là một thiết bị nhỏ gọn và nhẹ, với 8 cánh quạt, có thể bay ở 2 chế độ có
người điều khiển và bay tự động, cho phép chụp ảnh treo tại một điểm, cất hạ cánh
thẳng đứng trong một không gian hẹp, di chuyển dễ dàng, rất hiệu quả cho khu vực
có bán kính khoảng 300m. Phần mềm xử lý ảnh số có thể tạo lập được các ảnh
ghép, ảnh trực giao bởi các tham số định hướng ngồi mà khơng cần các điểm
khống chế mặt đất. Phần mềm cũng có thể xử lý để tạo ra mơ hình số bề mặt DSM
và sản phẩm bình đồ trực ảnh. Thiết bị UAV này cũng cho phép dễ dàng lắp nhiều
loại máy chụp ảnh số phổ thơng khác nhau, thậm chí cả máy chụp ảnh cận hồng
ngoại [9].
3. Hệ thống máy ảnh RCD30 và UAV TC-1235 của Thụy Sĩ

Hình 1.4. Máy ảnh RCD30 và TC-1235 UAV
Hãng Leica Geosystems và Swissdrones đã phối hợp để sản xuất hệ thống
máy ảnh RCD30 kết hợp với hệ thống TC-1235 UAV dùng để chụp ảnh phục vụ
cơng tác thành lập bản đồ địa hình và bản đồ 3D cho các khu vực khai thác mỏ. Giải
pháp này cho phép có thể được vận hành một cách an tồn trong điều kiện mơi

14 
 

 

trường khắc nghiệt. TC-1235 UAV có tính năng thiết kế không kém độc đáo, cung
cấp tải trọng cao, độ bền lâu dài, kiểu bay ổn định và mức độ an toàn cao.
b. Ở Việt Nam
Những năm gần đây, trước những đòi hỏi từ nhu cầu thực tiễn của đời sống
kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng đã xuất hiện những mơ hình máy bay khơng
người lái. Đầu tiên là những chiếc máy bay mơ hình được nhập ngoại giá rẻ từ vài
trăm đến hàng chục ngàn đô la để phục vụ vui chơi giải trí của nhóm thành viên
đam mê kỹ thuật bay lượn trong các câu lạc bộ hàng không. Chủng loại và kiểu
dáng phổ biến là máy bay cánh bằng và trực thăng được thiết kế gần giống các loại
máy bay dân dụng (ATR-72), máy bay chiến đấu (Su27, F18,...), máy bay thể thao
(YAK, SBACH,...), thủy phi cơ (BEAVER) [8].

Hình 1.5. Các mơ hình máy khơng người lái ở Việt Nam
Trong lĩnh vực quân sự, nhu cầu cần có mục tiêu bay trong các cuộc diễn tập
lực lượng phịng khơng hàng năm trở nên rất cấp thiết. Do vậy, ngay từ năm 2001,
Ban Mục tiêu bay, Viện Kỹ thuật Phịng khơng Khơng qn bắt đầu triển khai dự án
“Thiết kế chế tạo máy bay không người lái điều khiển theo chương trình”. Sau hơn
4 năm nghiên cứu và thử nghiệm trên nhiều mẫu máy bay, Viện đã sản xuất thành
công 2 chiếc máy bay M-400CT mang phiên hiệu 405, 406 thuộc loại cánh bằng.
Để có được máy bay này Viện đã phải trải qua quá trình nghiên cứu cải tiến theo
hướng điều khiển mục tiêu bay phiên bản M-100 theo chương trình định trước. Các

15