XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT VÀ BẢN ĐỒ TRỰC ẢNH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO ẢNH MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV) PHẦN 1

1. GIỚI THIỆU
Hiện tại các công nghệ sử dụng máy toàn đạc điện tử và định vị vệ tinh (GNSS) đang được sử dụng rộng rãi trong thu thập dữ liệu mặt đất phục vụ cho công tác địa chính, trắc địa địa hình, xây dựng dân dụng và thiết kế kiến trúc, do độ chính xác cao, dưới 5 cm [1]. Nhược điểm chính của hai công nghệ trên là giá thành cao và tiêu tốn thời gian tương đối lớn. Thêm nữa, hai công nghệ trên có thể khó thực hiện đối với khu vực đo vẽ có địa hình phức tạp, hoặc khi điều kiện Tóm tắt: Trên thế giới thành lập bản đồ bằng công nghệ đo ảnh máy bay không người lái (UAV) và máy ảnh thông thường đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong ngành trắc địa- bản đồ, tuy nhiên công nghệ này vẫn là tương đối mới ở Việt Nam.

Mục đích chính của bài báo này là trình bày quy trình công nghệ sử dụng ảnh máy bay không người lái, xây dựng các sản phẩm bản đồ (mô hình số bề mặt, mô hình số độ cao, bản đồ trực ảnh, bản đồ 3D). Nội dung cụ thể bao gồm: (1) Quy trình thiết kế bay chụp, tính toán độ cao máy bay, số đường bay, số ảnh chụp và tổng thời gian bay chụp; (2) Các phần mềm mã nguồn mở và phần mềm thương mại có thể sử dụng cho công tác xử lý ảnh thu nhận; (3) Công tác thiết kế điểm khống chế mặt đất phục vụ cho công tác bay chụp; (4) Thực nghiệm bay chụp với máy bay Phantom 3 Profressional trang bị máy ảnh 3 kênh RGB Sony EXMOR; (5) Đánh giá độ chính xác, các kết luận về ưu nhược điểm của công nghệ và một số giải pháp nâng cao độ chính xác.

Từ khóa: Công nghệ UAV,mô hình số bề mặt, bản đồ trực ảnh Hội nghị Khoa học: Đo đạc Bản đồ với ứng phó biến đổi khí hậu môi trường khu đo gây nguy hiểm cho sức khỏe. Do vậy, công nghệ quét Laser mặt đất (Terrestrial Laser Scanning -TLS) và công nghệ bay quét LiDAR (Light Detection and Ranging) được phát triển, sử dụng thay thế cho hai công nghệ đã nêu bên trên [2]. Điểm thuận lợi của công nghệ TLS là việc sử dụng và vận hành không phức tạp, phù hợp cho các dự án có diện tích vừa và nhỏ. Về lý thuyết, khoảng cách quét có thể lên đến 6000 m [3]. Đối với các dự án đòi hỏi độ chính xác cao, độ chính xác của điểm được quét có thể đạt đến 2 mm (ví dụ cho máy Trimble TX5 Laser Scanning với khoảng cách quét dưới 120 m).

Do vậy công nghệ TLS được sử dụng tương đối rộng rãi hiện nay tại Nauy và các nước Tây Âu. Nhược điểm của công nghệ TLS đó là, có thể không thích hợp với các dự án có diện tích lớn có địa hình phức tạp, do phải di chuyển nhiều trạm máy quét trên bề mặt địa hình. Do các hạn chế của ba công nghệ nêu trên, công nghệ bay quét LiDAR (sau đây gọi tắt là công nghệ LiDAR) được phát triển như một công nghệ thay thế cho các công nghệ trên. Điểm bất lợi hiện tại của LiDAR là giá thành trang thiết bị cao (thấp nhất khoảng 60,000 USD). Thực tế, trong công tác đo đạc bản đồ, yếu tố giá thành sản phẩm đóng vai trò rất quan trọng trong việc lựa chọn công nghệ sử dụng. Do đó, việc thúc đẩy phát triển và ứng dụng các công nghệ mới với giá thành thấp hơn là hết sức cấp thiết. Thời gian gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ định vị vệ tinh, công nghệ máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicles-UAV), các thuật toán tự động xử lý ảnh, khôi phục mô hình 3 chiều (Structure-from-Motion, SfM), giá thành trang thiết bị cho công nghệ đo vẽ sử dụng UAV đã giảm xuống rất mạnh.

Khảo sát của chúng tôi cho thấy công nghệ này đang được ứng dụng thành công và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công tác đo đạc thành lập bản đồ [2, 4, 5], giao thông [6], sản xuất nông nghiệp [7, 8], nghiên cứu địa chất [9], và nghiên cứu môi trường [6, 10]. Ngoài việc giá thành tương đối thấp, công nghệ UAV với các máy ảnh phổ thông dễ dàng thu nhận các ảnh số với độ phân giải rất cao (mm, cm), trong điều kiện địa hình phức tạp, môi trường nguy hiểm. Thêm nữa, các phần mềm mã nguồn mở và phần mềm thương mại đều tích hợp các thuật toán SfM, cho phép gần như hoàn toàn tự động xử lý ảnh, xây dựng các sản phẩm bản đồ (mô hình số bề mặt, mô hình số độ cao, bản đồ trực ảnh, bản đồ 3D, video). Người sử dụng công nghệ này không nhất thiết phải có kiến thức quá sâu về công nghệ đo ảnh truyền thống.

Chính vì thế công nghệ UAV đang rất hứa hẹn được ứng dụng rộng rãi hơn nữa vào các lĩnh vực khác nhau. Điểm cần bổ sung hiện nay của công nghệ này, là quy trình tính toán, công nghệ thiết kế bay chụp UAV sao cho đạt được độ chính xác mong muốn của các sản phẩm bản đồ, cho từng mục đích cụ thể. Mục đích chính của bài báo này là trình bày quy trình công nghệ thiết kế bay chụp, đo ảnh UAV phục vụ thành lập các sản phẩm bản đồ như mô hình số bề mặt, mô hình số độ cao, bản đồ trực ảnh, bản đồ 3D. Các nội dung chính bao gồm: (1) Quy trình thiết kế bay chụp, tính toán độ cao máy bay, số đường bay, số ảnh chụp và tổng thời gian bay chụp; (2) Các phần mềm mã nguồn mở và phần mềm thương mại có thể sử dụng cho công tác xử lý ảnh thu nhận, thành lập các sản phẩm bản đồ khác nhau; (3) Công tác thiết kế, xác định kích thước điểm khống chế mặt đất phục vụ cho công tác bay chụp; (4)

Thực nghiệm bay chụp với máy bay Phantom 3 Profressional, trang bị máy ảnh 3 kênh RGB Sony EXMOR, tại khu vực trường Đại học Đông Nam Nauy tại Bø i Telemark; (5) Cuối cùng, công tác đánh giá độ chính xác, các kết luận về ưu nhược điểm của công nghệ, và thảo luận một số giải pháp nâng cao độ chính xác.
Bài viết được tài trợ bởi Đại học NAUY
Nguồn www.researchgate.net