Nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng thiết bị bay không người lái trimble ux5 trong công tác thành lập bản đồ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

LỀU HUY NAM

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRIMBLE UX5
TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


HÀ NỘI - 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

LỀU HUY NAM

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRIMBLE UX5
TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ

Ngành: Kỹ thuật trắc dịa – bản đồ
Mã số:

60520503

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Lê Đại Ngọc

HÀ NỘI - 2014


1

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của
riêng tôi.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2014.

Tác giả luận văn

Lều Huy Nam


2

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Lời cam đoan………………………………………………………........

1

Mục lục………………………………………………………................

2

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt

4

Danh mục các bảng …………………………………………………….
Danh mục các hình vẽ đồ thị……………………………………………
MỞ ĐẦU

5
6
8

1.Tính cấp thiết của đề tài. ……………………………………………..

8

2. Mục đích nghiên cứu. ……………………………………………….

9

3. Phạm vi nghiên cứu. …………………………………………………

10

4. Nội dung nghiên cứu. ……………………………………………….

10

5. Phương pháp nghiên cứu.……………………………………………

10

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. …………………………...

10

7. Cấu trúc luận văn……………………………………………….........

11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ẢNH HÀNG KHƠNG KỸ THUẬT SỐ

12

1.1. Khái niệm q trình chụp ảnh hàng khơng………….…………….
1.2. Q trình chụp ảnh hàng khơng và u cầu kỹ thuật trong công tác
bay chụp………………………………………………………………..
1.3. Ảnh số và đặc điểm của tư liệu ảnh hàng không kỹ thuật số………
1.4. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ cần
thành lập bằng phương pháp đo vẽ ảnh số……………………………..
1.5. Thiết bị bay không người lái sử dụng trong chụp ảnh hàng không..
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI
TRIMBLE UX5

2.1. Tổng quan về thiết bị bay khơng người lái Trimble
UX5………….
2.2. Quy trình tiến hành bay chụp……………………………………..

12
12
17
20
29
39
39
44


3

2.3. Đánh giá tổng quan ưu nhược điểm………………………………..
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ HỆ
THỐNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRIMBLE UX5
3.1. Thực nghiệm. ……………………………………………………...

49

3.2. Quy trình tính toán. ……………………………………………......

58

3.3. Đánh giá kết quả và khả năng ứng dụng tại Việt Nam…………….

63

Kết luận và kiến nghị

66

Tài liệu tham khảo

68

Phụ Lục

70

53
53


4

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
UAV
UX5

(Unmanned Aerial Vehicle) Máy bay khơng người lái

BQP

Bộ quốc phịng

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DEM

(Digital Elevation Model ) Mơ hình số độ cao

DTM

(Digital Terrain Model ) Mơ hình số địa hình

DSM

(Digital Surface Model ) Mơ hình số bề mặt

MBKNL

Máy bay khơng người lái

IMU

(Inertial Measurement Unit )Bộ đo đạc qn tính

GPS

Hệ thống định vị tồn cầu

CCD

Bộ cảm biến

GSD

Độ phân giải mặt đất

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TBC

Trimble Business Center

NCKH

Nghiên cứu khoa học

MP

Mega Pixel (triệu điểm ảnh).

Pixel

Phần tử ảnh số, điểm ảnh

RGB

(Red Green Blue) màu đỏ - màu xanh lá cây - màu xanh lam

Trimble UX5

5

DANH MỤC CÁC BẢNG
Nội dung
Bảng 2.1. Khả năng hoạt động của hệ thống
Bảng 3.1. Dự án đã được thực hiện bởi Trimble UX5

Trang
41
62


6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Nội dung

Trang

Hình 1.1. Độ phủ ngang, dọc

12

Hình 1.2. Sai số méo hình kính vật

20

Hình 1.3. Ảnh hưởng độ cong mặt đất đối với vị trí điểm ảnh

21

Hình 1.4. Sự xê dịch điểm ảnh do triết quang khí quyển gây ra

22

Hình 1.5. Sự xê dịch điểm ảnh do chênh cao địa hình gây ra

23

Hình 1.6. Hệ thống UAV Falcon-PARS

29

Hình 1.7. Máy ảnh RCD30 và TC-1235 UAV

29

Hình 1.8. Hệ thống UAS Skate Small của Mỹ

30

Hình 1.9. Các mơ hình máy khơng người lái ở Việt Nam

30

Hình 1.10. Máy bay khơng người lái M400-CT/QCPK-KQ

31

Hình 1.11. Trực thăng có gắn camera và máy quay phim của FlyCAM

34

Hình 1.12. Máy chụp ảnh số Sony CyberShot Pro DSC-F828

35

Hình 2.1. Hệ thống Trimble UX5

38

Hình 2.2. Cấu tạo mặt trên Trimble UX5

39

Hình 2.3. Cấu tạo mặt dưới Trimble UX5

40

Hình 2.4. Máy ảnh Sony NEX-5T

40

Hình 2.5. Góc chụp và diện tích 1 tấm ảnh chụp

40

Hình 2.6. Trạm điều khiển mặt đất

41

Hình 2.7. Bệ phóng

42

Hình 2.8. Bộ dị tìm thiết bị

42

Hình 2.9. Quy trình tiến hành bay chụp

43

Hình 2.10. Hướng thiết kế tuyến bay

45

Hình 2.11. Hướng cất cánh và hạ cánh

45

Hình 2.12. Thơng số máy chụp ảnh

46


7

Hình 2.13. Bệ phóng máy bay

46

Hình 2.14. Sản phẩm ứng dụng của hệ thống

49

Hình 2.15. Ứng dụng Trimble UX5

50

Hình 3.1. Vị trí khu bay chụp ảnh thử nghiệm

53

Hình 3.2. Lựa chọn phạm vi bay chụp và các thông số kỹ thuật

56

Hình 3.3. Lựa chọn vị trí và hướng cất hạ cánh

57

Hình 3.4. Qui trình tính tốn xử lý ảnh bằng phần mềm TBC 3.21

57

Hình 3.5. Phần mềm Trimble Business Center 3.21

58

Hình 3.6. Sơ đồ trích điểm KCA bằng phần mềm TBC

59

Hình 3.7. Sơ đồ bố trí điểm khống chế ảnh và điểm kiểm tra

59

Hình 3.8. Mặt cắt thể hiện tính chi tiết của DSM cắt qua đồi, đường, nhà.

63

Hình 3.9. Mặt cắt thể hiện tính chi tiết của DSM cắt qua các luống đất
cao khoảng từ 15 đến 20cm.

63

Hình 3.10. Mặt cắt thể hiện tính chi tiết của DSM cắt qua mái nhà,
đường, sân.
Hình3.11. Mặt cắt thể hiện tính chi tiết của DSM cắt qua nhà, sân bóng.

63
64


8

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, cơng nghệ Viễn thám trên thế giới phát triển khá đa dạng, có
rất nhiều thiết bị thu nhận các hình ảnh có độ phân giải mặt đất từ vài cm đến
hàng chục mét, có thể chụp ở cự ly rất gần vài chục mét cho đến khoảng cách
rất xa hàng trăm km. Tuỳ thuộc vào cự ly chụp và tính chất vật lý sóng chụp
của các thiết bị thu nhận hình ảnh mà có thể phân loại thành các cơng nghệ
như: chụp ảnh vệ tinh, chụp ảnh hàng không bằng máy bay có người lái,
khơng người lái UAV và cơng nghệ quét Lidar.
Tuy nhiên việc thu thập các dữ liệu ảnh chụp vệ tinh quang học và ảnh
chụp hàng khơng có người lái có lúc khơng được kịp thời và bị ảnh hưởng rất
lớn trong điều kiện thời tiết có mây. Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt
đới, tỷ lệ diện tích của lãnh thổ bị mây che phủ lên đến 70% nên hiệu suất có
được ảnh vệ tinh khơng mây là rất thấp. Thực tế cho thấy rằng khi đặt hàng
cho Pháp thu ảnh ảnh vệ tinh SPOT5 để phục vụ thành lập bản đồ trực ảnh địa
hình 1:50.000 thì phải mất 5 năm (từ 2003 đến 2007) mới có được một bộ ảnh
phủ trùm lãnh thổ Việt Nam gồm 200 cảnh (mỗi cảnh ảnh phủ diện tích 60x60
km). Gần đây, nếu tính từ đầu năm 2010 đến nay, Cục Bản đồ mới chỉ khai
thác được khoảng 130 cảnh có độ phủ mây <15% với sự phân bố rời rạc (phủ
65% diện tích lãnh thổ).
Như vậy có thể dễ thấy hạn chế của ảnh chụp vệ tinh quang học và ảnh
hàng khơng có người lái là nhiều lúc khơng kịp thời, phụ thuộc nhiều vào điều
kiện thời tiết. Đặc biệt trong lĩnh vực thành lập bản đồ tỷ lệ lớn từ 1/1000 và
lớn hơn thì các tư liệu chụp ảnh trên càng bộc lộ nhiều khó khăn, hạn chế.
Ở Việt Nam, để đáp ứng nhu cầu cũng như bắt kịp tiến bộ khoa học kỹ
thuật trên thế giới. Có rất nhiều đơn vị đã tìm hiểu nghiên cứu và chế tạo
những mơ hình máy bay khơng người lái phục vụ nhu cầu thực tiễn, đời sống


9

Kinh tế Xã hội cũng như An ninh Quốc phòng. Tuy nhiên, trong lĩnh vực
Trắc địa ảnh, tất cả các mơ hình máy bay trên vẫn chưa đáp ứng được kì vọng
trong cơng tác thành lập bản đồ. Chính vì vậy, công ty TNHH MTV Trắc địa
Bản đồ - BQP đã quyết định đầu tư hệ thống máy bay chụp ảnh không người
lái UX5 do hãng Trimble chế tạo và sản xuất.
Với đặc tính kỹ thuật nổi trội của hệ thống Trimble UX5, đã đáp ứng
được nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như thành lập bản đồ địa hình, địa
chính, bình đồ ảnh và cơng nghệ giải đốn ảnh số thành lập bản đồ chuyên đề,
công nghệ xây dựng CSDL thơng tin địa lý...
Là thành viên trong nhóm chuyển giao công nghệ và nghiên cứu hệ
thống máy bay không người lái Trimble UX5. Với mong muốn đóng góp
nghiên cứu nâng cao hiệu quả áp dụng hệ thống máy bay khơng người lái
Trimble UX5 trong q trình ứng dụng vào Việt Nam, được sự hướng dẫn
nhiệt tình của Thượng Tá, TS. Lê Đại Ngọc (Phòng Viễn thám – Cục Bản đồ
- BTTM) tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng
thiết bị bay không người lái Trimble UX5 trong công tác thành lập bản đồ.”
Đây là mảng đề tài mới đòi hỏi những nghiên cứu lý thuyết chuyên sâu và
thực hiện quá trình đánh giá thử nghiệm một cách nghiêm túc.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu đặc điểm và tính năng kỹ thuật của thiết bị bay khơng người lái
Trimble UX5 từ đó đưa ra những đánh giá về khả năng sử dụng thiết bị trong
lĩnh vững chụp ảnh phục vụ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn và cực lớn.
- Đánh giá được chất lượng hình ảnh chụp bằng thiết bị bay không người lái
phục vụ công tác thành lập bản đồ.
- Tiến hành thực nghiệm, nhằm đánh giá độ chính xác và những ưu nhược
điểm của ảnh hàng không chụp từ thiết bị bay không người lái Trimble UX5.


10

3. Phạm vi nghiên cứu
Sử dụng hệ thống máy bay không người lái Trimble UX5 và tư liệu ảnh số
chụp từ máy chụp ảnh phổ thông Sony Nex-5T để thành lập bình đồ ảnh phục
vụ thành lập bản đồ địa hình và bản đồ địa chính tỷ lệ lớn.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật hệ thống máy bay không người lái
Trimble UX5
- Nghiên cứu q trình bay chụp ảnh hàng khơng bằng hệ thống máy
bay Trimble UX5.
- Kiểm nghiệm thực tế và đánh giá sơ bộ hệ thống Trimble UX5.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin và tài
liệu liên quan.
- Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương tiện và các cơng cụ tiện
ích, phân tích logic các tư liệu, đánh giá khách quan các yếu tố để đưa ra kết
luận chính xác làm cơ sở giải quyết các vấn đề đặt ra.
- Phương pháp so sánh: Tổng hợp các kết quả, so sánh, đánh giá, đưa ra
các kết luận chính xác về vấn đề nêu ra.
- Phương pháp chuyên gia: Thu thập, tổng hợp và phân tích các ý kiến
chuyên gia làm cơ sở đưa ra các kết luận khoa học.
- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm để chứng minh
cho các luận chứng khoa học đã đưa ra.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đưa ra những kiến nghị và đề xuất khi sử dụng hệ thống máy bay
không người lái Trimble UX5 và đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn trong
cơng tác thành lập bình đồ ảnh, bản đồ địa chính tỷ lệ lớn cũng như bản đồ
địa hình ở Việt Nam.


11

7. Cấu trúc luận văn
Cấu trúc luận văn gồm 3 chương, 69 trang và phần phụ lục.
Trong suốt thời gian học tập tại trường Đại học Mỏ - Địa chất, tôi đã nhận
được sự giúp đỡ quý báu của các thầy, cô giáo trong trường; cùng các bạn đồng
nghiệp. Nhân dịp này, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới:
- PGS. TS. Nguyễn Quang Minh - Bộ môn Trắc địa Phổ thơng, cùng tồn
thể các thầy cơ giáo thuộc Khoa Trắc địa Trường đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội.
- Phòng Bản đồ Viễn thám - Cục Bản đồ - BTTM
- Phân xưởng Bay chụp xử lý ảnh – XN. Chụp ảnh Hàng không – Công ty
TNHH MTV Trắc địa Bản đồ - Cục Bản đồ - BTTM
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn tới Thượng Tá, TS. Lê Đại Ngọc
người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu
trong q trình chọn và nghiên cứu đề tài này. Tơi cũng xin cảm ơn tới toàn thể
bạn bè, đồng nghiệp đã luôn quan tâm, động viên giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi để tôi học tập, công tác hồn thành tốt khóa học.


12

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN ẢNH HÀNG KHÔNG KỸ THUẬT SỐ
1.1 . Khái niệm về q trình chụp ảnh hàng khơng
Chụp ảnh hàng không là dùng các thiết bị bay trên không 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. Quá trình
chụp ảnh hàng khơng có thể được thực hiện nhờ các máy chụp ảnh quang cơ
hoặc máy chụp ảnh số.

1.2 . Q trình chụp ảnh hàng khơng và u cầu kỹ thuật trong công tác
bay chụp
1.2.1. Các dạng chụp ảnh hàng khơng
Trong quy trình thành lập bản đồ bằng ảnh hàng không, công tác bay
chụp là một trong những công đoạn quan trọng nhất. Công tác bay chụp để
thành lập bản đồ thường tiến hành trong điều kiện thời tiết tốt, trời trong ít mây
bởi vì ảnh của các đám mây sẽ che khuất các chi tiết địa hình, địa vật của bề
mặt thực địa chụp được trên ảnh.
Theo phương thức chụp, người ta chia ra: chụp ảnh đơn, chụp ảnh theo
tuyến và chụp ảnh theo khối (nhiều tuyến).
12.1.1. 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.
1.2.1.2. Chụp ảnh theo tuyến
Là chụp theo một tuyến đã bố trí sẵn có thể là thẳng, gấp khúc hay uốn


13

cong theo những khu đo đặc biệt, như phục vụ cho cơng tác khảo sát cơng
trình thủy lợi, thủy điện… Giữa các tấm ảnh kề nhau trên một tuyến có độ phủ
lên nhau và gọi là độ phủ dọc, kí hiệu là p, đơn vị tính là % chờm phủ trên 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
Chụp ảnh theo tuyến được ứng dụng rộng rãi để giải quyết những vấn
đề về kinh tế quốc dân, trong quân sự và trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt
là để khảo sát các cơng trình theo tuyến như hệ thống giao thông, hệ thống
thuỷ văn, thủy lợi, đường bờ nước, đường địa giới v.v... Trong đo vẽ địa hình,
chụp ảnh theo tuyến được dùng cho việc bố trí các dải bay khung (dải bay
chặn) theo hướng vng góc với các dải bay chụp theo nhiều tuyến dùng để
đo vẽ địa hình. Việc bố trí dải bay khung như thế rất có lợi cho việc tăng dày
điểm khống chế trong phịng, nó cho phép giảm được khá nhiều điểm khống
chế ngoại nghiệp.


14

1.2.1.3.Chụp ảnh theo khối (nhiều tuyến)
Phương pháp này còn gọi là chụp ảnh theo diện tích là chụp theo nhiều
tuyến dải bay thẳng, song song với nhau và cách đều nhau. Các tấm ảnh được
chụp ngoài độ phủ dọc p% giữa các ảnh kề nhau trong cùng dải bay cũng có
độ phủ ngang giữa các tấm ảnh trên hai dải bay kề nhau. Độ phủ ngang của
ảnh hàng không được ký hiệu bằng q% và được xác định theo công 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 khơng nhỏ hơn các giá trị trên.
1.2.1.4. 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 ngồi 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.
- 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.
Tỷ lệ nhỏ nhất của ảnh dùng để lập bản đồ địa hình khơng được nhỏ hơn

15

1:70.000 - 1:80.000, với tỷ lệ đó ta mới có khả năng đoán đọc được các chi
tiết nhỏ nhưng quan trọng trên bản đồ 1:100.000.
Quan hệ giữa tỷ lệ ảnh chụp và tỷ lệ bản đồ cần thành lập được thể hiện
bằng cơng thức:

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.
1.2.2. Tính tốn các thơng 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:
1). Tính cạnh đáy chụp ảnh Bx :
BX 

1
(100  p %)l.ma
100

(1.5)

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

1
(100  q%)l.m a
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.
3). Tính tổng số ảnh cần chụp N:
Số ảnh cần chụp trong khu đo là tổng số ảnh cần chụp trong từng dải
bay được tính như sau:
n

N   Nk
k 1

(1.7)


16

Trong đó:

N k  Int

LXk
 1 với L là chiều dài của dải bay thứ k;
Xk
BX
L

Y
n là số dải bay của khu chụp, n  Int B  1 với LY là độ rộng của khu
Y

bay chụp.
Thông thường để bảo đảm đủ số lượng phim trong khi bay chụp do
phải chụp bổ sung một số ảnh để thỏa mãn yêu cầu về độ phủ dọc, nên khi
tính tổng số ảnh N cần cộng thêm khoảng 2% đến 3% số ảnh đó tính.
1.2.3. 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 sử dụng bản đồ tỷ lệ 1:100000 1:500000 làm bản đồ bay chụp khi thành lập bản đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ
1:50000 - 1:100000 làm bản đồ bay chụp khi chụp ảnh tỷ lệ lớn. Trên bản đồ
chụp cần thể hiện các chi tiết:
- 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


17

tương đối nhỏ khơng thuận lợi cho việc lượn vịng của máy bay để vào đường
bay tiếp cần 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 tồn được thực hiện tự động.
- Khi bay chụp bằng thiết bị bay không người, 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 1/5000 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.
1.2.4. Yêu cầu kỹ thuật đối với tài liệu bay chụp ảnh
Kiểm tra và đánh giá chất lượng tài liệu bay chụp là một khâu quan trọng
trong công tác bay chụp. Công tác kiểm tra đánh giá chất lượng tài liệu bay
chụp bao gồm:
- Kiểm tra chất lượng bay chụp.
- Kiểm tra và đánh giá chất lượng hình ảnh, chất lượng ép phẳng (ảnh
tương tự).
- Kiểm tra và đánh giá chất lượng định hướng ảnh của bản đồ ảnh ghép.
1.3. Ảnh số và đặc điểm của tư liệu ảnh hàng không kỹ thuật số.
1.3.1. Định nghĩa ảnh số
Ảnh số là một tập hợp các điểm ảnh rời rạc với vị trí (x,y) và giá trị
xám tương ứng với từng điểm ảnh. Trong ảnh số các điểm ảnh rời rạc (hay là
phần tử) của ảnh được gọi là pixel. Như vậy một ảnh số là một tập các pixel,
mỗi một pixel có một giá trị số đại diện cho lượng bức xạ phổ trung bình mà

máy cảm biến nhận được từ các phần tương ứng ở thực địa, các lượng bức xạ
này có thể được ghi trực tiếp bởi máy cảm biến (đối với ảnh số chụp trực tiếp)
hoặc có được thơng qua việc đo mật độ quang học của ảnh chụp (đối với ảnh


18

tương tự được lượng tử hóa). Độ lớn của pixel được gọi là độ phân giải của
ảnh số, kích thước của pixel càng nhỏ thì độ phân giải của ảnh càng lớn.
Mỗi điểm ảnh tương ứng với một pixel được mô tả bằng hàm số ảnh
với các biến tọa độ điểm ảnh (x,y) và giá trí độ xám của nó (D) như sau:
F(x,y,D)
Với giá trị hàm được giới hạn trong phạm vị các số nguyên dương và
có thể viết là: 0 Trong đó Fmaxlà lượng thơng tin tối đa được lưu trữ (Fmax =256).
Nếu mô tả một ảnh mầu thì mỗi thành phần mầu cơ bản (mầu đỏ - red,
mầu lục - green, mầu lam - blue) của ảnh sẽ được biểu diễn bằng các hàm số
ảnh thành phần, tức là:
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 3 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  y  m
Tọa độ của một điểm ảnh trên ảnh số sẽ được xác định theo công thức (1.6):
xi = xo + ix
yj = yo + jy
Trong đó:

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

(1.9)


19

x, y là khoảng cách lấy mẫu trên hướng x và hướng y và
thông thường x = y.
Độ xám của ảnh sẽ được lấy mẫu và sắp xếp theo ma trận độ xám (1.9):
g00 ... g0i ... g0,n-1
...
g=

...

...

...

...

gj0 ... gji ... gj,n-1
...

...

...

...

(1.10)

...

gm-1,0 ... gm-1,i ... gm-1,n-1
Trong đó: gi,j là mức xám (gray level) của pixel ảnh ở cột i và hàng j
của ma trận.
Ảnh số thu được từ máy chụp ảnh số, Sensor quét của vệ tinh hoặc
thông qua máy quét ảnh tương tự.
1.3.2. Độ phân giải của ảnh số
- Độ phân giải của ảnh: là khoảng cách hình học tối thiểu giữa hai đối
tượng 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 (Dot 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; Độ phân giải DPI là thể hiện số lượng
pixel chứa trong một inch (đơn vị đo lường của Anh: 1 inch = 25,4 mm). Số
pixel trên 1 inch càng nhiều thì độ phân giải càng cao. Với ảnh chụp hàng
không bằng máy ảnh kỹ thuật số hiện nay kích thước pixel.
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 (triệu điểm ảnh).
+ Độ phân giải độ xám: là sự thay đổi nhỏ nhất về độ xám mà hai pixel
có thể phân biệt với nhau trên ảnh. Thường lấy 256 bậc để biểu thị độ xám
trong ảnh toàn sắc và 224 (24 bit) bậc màu trong ảnh màu.


20

- Kích thước tấm ảnh: là số hàng và cột trên mỗi tấm ảnh.
1.3.3. Các đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số
- Ảnh được chụp theo hướng vuông 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. Với các máy ảnh kỹ thuật số hiện nay, một máy có chức năng chụp với 5
kênh phổ gồm: ảnh Pan , ảnh màu RGB, ảnh NI (ảnh cận hồng ngoại).
- Các nguyên tố định hướng trong của ảnh số được xác định: Tiêu cự
của máy ảnh, gốc tọa độ, số hàng và số cột, độ phân giải của ảnh.
1.4. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ cần thành
lập bằng phương pháp đo vẽ ảnh số.
Phương pháp thành lập bản đồ địa hình từ ảnh hàng không bằng công
nghệ ảnh số là phương pháp có năng suất lao động cao hơn rất nhiều so với
phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa, đã hạn chế được nhiều nguồn sai
số. Tuy nhiên, để đánh giá được độ chính xác của phương pháp ta phải xét
đến nguồn sai số sau:
- Sai số của ảnh.

- Sai số trong quá trình đo ảnh.
- Sai số của phương pháp.
1.4.1. Sai số của ảnh
1.4.1.1. Ảnh hưởng của sai số méo hình quang học của hệ thống kính vật
đối với tọa độ điểm ảnh


21

Kính vật máy chụp ảnh hàng khơng là bộ phận quan trọng nhất
quyết định đến chất lượng của hình ảnh trên tấm ảnh chụp. Khơng bao giờ
chúng ta có thể chế tạo ra một kính vật hồn hảo, khơng có sai sót. Sai sót lớn
nhất mà trong cơng tác đo ảnh chúng ta càn quan tâm đến là sai số méo hình
kính vật.

Hình 1.2. Sai số méo hình kính vật
Sai số méo hình kính vật máy chụp ảnh có ảnh hưởng trực tiếp đến tọa
độ điểm ảnh. Đối với bản đồ tỷ lệ lớn, cần thiết phải nâng cao chất lượng của
máy chụp. Điều này liên quan tới việc sản xuất kính vật tiêu chuẩn với sự xác
định chính xác hiện tượng méo hình của nó.
Δr = r –f.tgα

(1.11)

Từ phương trình trên chính ta thấy rằng sai số méo hình kính vật có
quan hệ với tiêu cự ảnh. Khi tiêu cự thay đổi từ f tới f + Δ f thì sai số méo
hình cũng thay đổi một lượng là – f*tgα. Sai số méo hình kính vật mới cho
điểm ảnh là:
Δr3= Δr –f.tgα

(1.12)


22

1.4.1.2. Ảnh hưởng của độ cong mặt đất đối với vị trí điểm ảnh
Thực tế các đối tượng được chụp trong ảnh hàng không thường là miền
thực địa trên mặt trái đất không phải là một mặt phẳng, mà là một mặt cầu.

Hình 1.3. Ảnh hưởng độ cong mặt đất đối với vị trí điểm ảnh
Độ cong quả đất gây nên sự xê dịch vị trí điểm ảnh theo bán kính vector
r được tính theo cơng thức :
r=

H.r 3
2R.f k2

-

(1.13)
trong đó: R - Là bán kính trái đất; H - độ cao bay chụp ảnh.
Sai lệch đó ảnh hưởng tới toạ độ y của điểm ảnh:
y = - r.sin = -y
và thị sai dọc của mơ hình lập thể:

δr
;
r
δr2i

δr1i

qi = y2i - y1i = - y( r - r ) ;
2i
1i

Đối với các điểm phân bố chuẩn 3- 6 sẽ có các giá trị:
r23 = r25 = r14 = r15 = r2 ; r13 = r15 = r24 = r26 = r1 ;


23

r23 = r25 = r14 = r16 = a 2  b 2 ; r13 = r15 = r24 = r26 = a ;
y11 = y12 = y22 = y21 = 0 ; y13 = y15 = y24 = y26 = a ;
q1 = q2 = 0 ; - q3 = q4 = q5 = - q6 =
Như vậy: dby = d = d = 0 ; d =

a
a 2  b2

δr2 - r1 = qR ;

2f k
fk
. qR ; d =
.q ;
ab
ab R

Có nghĩa là: Độ cong quả đất là nguồn gốc phát sinh sai số của các góc

định hướng tương đối  ;  và sai số d  lớn gấp 2 lần d  .
1.4.1.3. Ảnh hưởng của chiết quang khí quyển đối với vị trí điểm ảnh
Khí quyển là mơi trường truyền sáng khơng đồng nhất, tính chiết quang
của khí quyển rất phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: nhiệt
độ, áp suất, độ ẩm, bụi . . . Vì vậy, tia sáng truyền đi trong khí quyển khơng
phải là một đường thẳng, điều này gây ra sự biến dạng của phép chiếu xuyên
tâm và làm cho tọa độ của điểm ảnh bị biến đổi đi một lượng nào đó.

Hình 1.4. Sự xê dịch điểm ảnh do triết quang khí quyển gây ra