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 4

5. BÀN LUẬN VÀ KẾT LUẬN

Bài báo trình bày chi tiết quy trình sử dụng thiết bị máy bay không người lái (UAV) để chụp ảnh mặt đất, thành lập các sản phầm bản đồ (mô hình số bề mặt, bản đồ trực ảnh, bản đồ 3D). Thực nghiệm tiến hành trên khu đo tương đối nhỏ 168 x 156 m tại khuôn viên trường Đại học Đông Nam Nauy, sử dụng Phantom 3 Professional UAV với máy ảnh thông thường Sony EXMOR. Tính toán thiết kế thông số bay chụp trên phần mềm Microsoft Excel 2013, và chuyển tham số vào phần mềm quản lý điều khiển bay Pix4Dcapture được cài đặt trên máy tính bảng iPad. Từ nghiên cứu này, có thể rút ra một số điểm chính như sau: (i) Công nghệ UAV rõ ràng có ưu điểm là giá thành sản phẩm thấp (khoảng 1000 USD cho Drone Phantom 3 profesonal và camera), thời gian ra sản phẩm nhanh, quá trình xử lý ảnh thành lập bản đồ không phức tạp, và phần lớn tự động, hạn chế các sai sót do can thiệp của con người.

Công nghệ này phù hợp cho vùng địa hình khó tiếp cận hoặc khu vực có môi trường nguy hiểm. Trong thực nghiệm này, tổng thời gian bay chỉ khoảng 10 phút, và khoảng 15-phút để thiết lập, đo đạc điểm khống chế ảnh mặt đất. (ii) Độ chính xác của bản đồ thành lập từ công nghệ UAV là thấp hơn so với các phương pháp đo đạc truyền thống, như phương pháp đo đạc bằng máy toàn đạc điện tử hoặc bằng công nghệ đo GPS. Độ chính xác về độ cao tương đương với công nghệ bay quét LiDAR, nhưng thấp hơn so với phương pháp sử dụng máy quét Laser mặt đất [2]. Uysal, Toprak [4] đã chỉ ra rằng sai số trung phương về độ cao (RMSE) cho mô hình số độ cao từ công nghệ UAV khoảng 6.62 cm. Thực nghiệm từ nghiên cứu này cho thấy RMSE =10.76 cm. Thực tế, RMSE bị ảnh hưởng bởi nhiều nhân tố [19]: (i) thông số của máy ảnh sử dụng; (ii) mật độ và phân bố của điểm khống chế mặt đất; và (iii) tính chất địa hình của khu đo. Tuy nhiên nghiên cứu này được tiến hành trên khu đo nhỏ, nên thông số (i) và (ii) là nguyên nhân chính quyết định trị số RMSE.

Liên quan đến mật độ và phân bố điểm khống chế mặt đất, Gómez-Candón, López-Granados [20] dùng 80 điểm/ 80 ha và kết luận rằng, việc tăng số lượng điểm khống chế mặt đất sẽ giúp tăng độ chính xác sản phẩm bản đồ. Tuy nhiên Gómez-Candón, De Castro [21] chỉ ra việc tăng số điểm khống chế không nhất thiết sẽ tăng được độ chính xác bản đồ (họ dùng 45 điểm/ha). Do vậy, bao nhiêu điểm khống chế là tối ưu cho 1 khu đo vẫn là câu hỏi cần nghiên cứu thêm. Phân tích phân bố sai số qua 03 điểm kiểm tra độc lập trong thực nghiệm này cho thấy, sai số tại điểm FM14 là thấp, nhưng tại hai điểm FM8 và FM18 lại cao. Đó là bởi vì các điểm GPS1, GPS5, và GPS3 dùng cho đăng lý tọa độ ảnh có sai số độ cao lớn (từ 5-6 cm) so với các điểm GPS khác.

Nguyên nhân là vì các điểm này nằm gần khối nhà, nên việc nhận tín hiệu vệ tinh và số cải chính từ trạm base nhà nước bị ảnh hưởng. Cần lưu ý là các điểm GPS đo bằng phương pháp RTK CPOS (đã giải thích ở mục 4.2). Do vậy sai số mô hình tại khu vực quanh các điểm này lớn các khu vực khác. (iii) Độ chính xác mặt bằng của bản đồ được lập từ công nghệ UAV bị ảnh hưởng bởi độ phân giải điểm ảnh, do vậy, có thể điều chỉnh độ cao bay chụp (xem công thức 1) để tăng độ phân giải ảnh, giúp tăng độ chính xác bản đồ. Độ cao bay chụp không ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác độ cao [21]. Thông thường, độ chính xác mặt bằng có thể đạt được cao nhất khoảng 1-2 lần kích cỡ điểm ảnh, trong khi là 1-3 lần kích cỡ điểm ảnh cho độ chính xác về độ cao. (iv) Độ chính xác bản đồ còn phụ thuộc vào phần mềm và thuật toán xử lý ảnh được sử dụng. Sona, Pinto [12] sau khi so sánh độ chính xác của các bản đồ được xử lý với các phần mềm ảnh khác nhau, đã kết luận rằng, phần mềm Agisoft PhotoScan cho độ chính xác cao nhất, khoảng 1.1 lần độ phân giải điểm ảnh, với cả mặt bằng và độ cao. Trong khi phần mềm EyeDEA cho độ chính xác thấp nhất, khoảng 2.2 lần độ phân giải điểm ảnh cho mặt bằng, và 4.3 lần độ phân giải điểm ảnh với độ cao. Như vậy, cần xem xét cân nhắc khi lựa chọn phần mềm xử lý ảnh. (v) Điểm hạn chế của công nghệ UAV là thời gian bay bị giới hạn tùy thuộc vào từng loại UAV (đối với Phantom 3 Professional, thời gian bay dài nhất về lý thuyết là 23 phút).

Do vậy, đối với các dự án có diện tích lớn, phải chia thành nhiều phần nhỏ để tiến hành bay chụp. Do quy định điều kiện bay hiện tại của Nauy, các UAV chỉ được phép bay trong khu vực người điều khiển theo dõi được (Line of Sight, LOS), xấp xỉ khoảng 3 km2 từ điểm trung tâm [2]. Do đó nhất thiết phải chia nhỏ khu đo, nếu diện tích bay chụp quá lớn. (v) Cuối cùng, điểm hạn chế lớn và quan trọng khác của công nghệ UAV là mô hình số địa hình (DTM) xây dựng từ ảnh chụp từ UAV có thể có sai số lớn, hoặc rất lớn, khi khu vực bay chụp có mật độ thực phủ cao, bởi vậy trong trường hợp này, công nghệ bay quét LiDAR nên được xem xét. Ngoài ra các yếu tố thời tiết như tốc độ gió và mưa cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình bay chụp.
Bài viết được tài trợ bởi Đại học NAUY
Nguồn www.researchgate.net