Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế đê Bình Minh 3, huyện Kim Sơn, Tỉnh Ninh Bình Mặt đê có dạng hình thang. Thân đê chủ yếu đắp bằng đất. Đê biển mái nghiêng có đáy rộng. Khi sóng tiến vào bờ: độ sâu nước giảm. ma sát đáy tăng, dẫn tới một số hiện tượng: Hiệu ứng nước nông, sóng vỡ, phản xạ Hiệu ứng nước nông: giả sử khi vào vùng nước nông, năng lượng sóng không giảm do ma sát đáy, năng lượng đơn vị không, độ dốc sóng tăng lưu tốc đỉnh sóng lớn dần tới mức lớn nhất dẫn tới hiện tượng sóng vỡ.
HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2018) Kết hợp công nghệ UAV, RTK SES thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn vùng rừng ngập mặn ven biển Trần Trung Anh1,* Dương Thế Anh2, Phạm Viết Kiên2, Lê Như Ngọc2 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tổng Cơng ty Đảm bảo An tồn Hàng hải Miền Bắc TĨM TẮT Bài báo trình bày kết hợp công nghệ đo ảnh sử dụng máy bay không người lái UAV (Unmanned Aerial Vehicle), công nghệ định vị vệ tinh thời gian thực RTK (Real Time Kinematic) công nghệ đo sâu SES (Survey Echo Sounder) Bởi để thành lập đồ địa hình vùng rừng ngập mặn cần nhiều kỹ thuật đo kết hợp với Thiết bị bay không người lái UAV phục vụ thu nhận liệu ảnh số khu đo Công nghệ đo ảnh UAV phục vụ đo vẽ đối tượng bề mặt địa vật, xây dựng mô hình số DSM Cơng nghệ đo động thời gian thực RTK đo điểm khống chế ảnh đối tượng nhỏ khác (cống, địa hình nước ao nơng…) với độ xác cao Cơng nghệ đo sâu hồi âm SES dùng để đo địa hình bề mặt đáy biển Bài báo đưa quy trình cơng nghệ nhằm kết hợp tốt phương pháp UAV, RTK, SES nhằm hồn thành mục đích thành lập đồ địa hình vùng rừng ngập mặn ven biển Thực nghiệm cho vùng Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình, Việt Nam Từ khóa: Đo ảnh, UAV, định vị vệ tinh, RTK, đo sâu hồi âm, SES, rừng ngập mặn, đồ địa hình Đặt vấn đề Vùng rừng ngập mặn ven biển vùng có địa hình rộng, phẳng, có vùng nước, rừng ngập mặn khu ni trồng thủy sản ven bờ Khi có u cầu thành lập đồ địa hình phục vụ cơng tác thiết kế quy hoạch, bảo tồn, bảo vệ rừng động thực vật ven biển, công tác đo vẽ cần kết hợp nhiều công nghệ khác vừa đảm bảo thể đúng, đủ yếu tố địa hình, địa vật độ xác theo yêu cầu, vừa đảm bảo thời gian tiến độ hoàn thành khảo sát Việc kết hợp công nghệ đo ảnh không người lái (UAV), công nghệ định vị vệ tinh RTK-GNSS công nghệ đo sâu hồi âm SES nhằm tận dụng ưu điểm, khả năng, mạnh đồng thời hạn chế nhược điểm, yếu công nghệ Sự vận hành cơng nghệ thường có quy trình riêng, để đạt mục đích chung cần có hiệp đồng quy trình thống Trong nghiên cứu tập trung phân tích ưu nhược điểm cơng nghệ, xây dựng quy trình kết hợp tận dụng ưu công nghệ hỗ trợ qua lại với công nghệ Thực nghiệm áp dụng xây dựng đồ địa hình tỷ lệ 1/2000, với khoảng cao 1m, phạm vi rộng khoảng 3000ha, thuộc địa bàn rừng ngập mặn ven biển Kim Sơn, Ninh Bình Phân tích ưu nhược điểm xây dựng quy trình công nghệ 2.1 Công nghệ đo ảnh UAV Hiện nay, công nghệ đo ảnh với tư liệu thu thập từ thiết bị bay không người lái UAV phát triển mạnh tính động, nhanh chóng, đáp ứng thành lập đồ tỷ lệ lớn trần bay hạ thấp (từ vài chục mét đến vài trăm mét) Thiết bị bay không người lái UAV đa dạng, nhiều đơn vị tự sản xuất tựu chung chia thành loại chính: loại cánh cố định (fixed wing aicraft)và loại cánh quạt nâng động (multi rotor) Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng, tóm tắt qua bảng Bảng So sánh loại máy bay không người lái (sensefly.com, 2018; dronedeploy.com, 2018) Máy bay cánh quạt nâng đa động Máy bay cánh cố định Chỉ số so sánh Dự án Đo vẽ đồ khu vực nhỏ bay giám sát * Tác giả liên hệ Email: trantrunganh@humg.edu.vn Chuyên đồ Máy bay cánh quạt nâng đa động Máy bay cánh cố định Bay giám sát, quay phim, bất động sản, khảo sát đô thị, xây dựng, khẩn cấp, thực thi pháp luật Chậm Nhỏ mm/pixel Hẹp Khảo sát địa hình, nông nghiệp, hệ thông tin địa lý, môi trường, xây dựng, nhân đạo Nhanh Lớn Cm/pixel Rộng Thấp Cao Cao Thấp Thấp Cao Rẻ Đắt Chỉ số so sánh Các ứng dụng Tốc độ bay Tầm bay Độ phân giải đạt Vùng cất/hạ cánh Thời gian bay/khả chống gió Khả động Tính an tồn tình khẩn cấp Giá thành Từ số so sánh bảng 1, để phục vụ đo vẽ đồ địa hình vùng rừng ngập mặn ven biển, với phạm vi rộng, tốc độ gió lớn, khả bay, tính an tồn cao… nên dùng loại máy bay cánh cố định Một việc quan trọng công tác thiết kế bay chụp lựa chọn độ phân giải mặt đất (GSD-Ground Sampling Distance) Theo khuyến cáo hãng DroneDeploy, Pix4D (dronedeploy.com, 2018; pix4d.com, 2018), việc chọn độ phân giải mặt đất phụ thuộc vào yêu cầu độ xác mặt phẳng độ xác độ cao sản phẩm đo vẽ, thông thường lựa chọn theo cơng thức ước tính sau: = (1 ÷ 2) (1) = (1 ÷ 3) Trong đó: Mxy sai số trung phương mặt phẳng; Mh sai số trung phương độ cao; Trên sở yêu cầu sai số đo vẽ, theo công thức (1) ước tính độ phân giải mặt đất Ví dụ: yêu cầu đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ 1/2000, sai số vị trí điểm mặt phẳng cho điểm khống chế ảnh cần đạt 0,1mm x 2000 = 20cm; lấy GSD=Mxy/2=10cm; mặt khác yêu cầu thành lập khoảng cao 1m, với sai số độ cao cho điểm khống chế Mz=1/4 x 1m= 25cm, ước tính GSD=Mz/3=25/3=8,3cm; Vậy để thỏa mãn độ xác mặt độ cao, đồng thời dự phòng độ xác đạt cần bay chụp độ phân giải mặt đất nhỏ 8cm Trên sở GSD tính được, kết hợp thơng số máy chụp ảnh, độ phủ ảnh, phạm vi bay chụp, địa hình khu đo, vị trí cất hạ cánh, thời gian ca bay… tính tốn thiết kế tiêu kỹ thuật bay chụp như: độ cao bay chụp, số đường bay, số ảnh (đường đáy chụp ảnh), số ca bay… việc tính tốn tham khảo theo tài liệu (Pix4D, 2018) Cần làm thủ tục pháp lý xin phép bay Cục tác chiến, Bộ Quốc phòng trước bay chụp Khi bay chụp cần thiết kế vị trí điểm khống chế ảnh, đánh dấu mốc lợi dụng địa vật rõ nét để làm điểm khống chế ảnh, điểm truyền tọa độ độ cao theo công nghệ RTK-GNSS Nếu sử dụng máy bay có khả định vị tâm chụp RTK PPK (Post Processing Kinematic) lược bỏ bớt điểm khống chế mặt đất, hữu dụng bay chụp vùng rừng, vùng mặt nước khó khăn bố trí điểm khống chế ảnh Sau bay chụp ảnh, tiến hành xử lý liệu khối ảnh phòng phần mềm xử lý Pix4D, Agisoft gồm: xây dựng khối ảnh, khai báo điểm khống chế, bình sai, tạo đám mây điểm, tạo mơ hình số bề mặt, thành lập bình đồ ảnh, bóc tách xây dựng mơ hình số độ cao Kết thúc cơng đoạn xuất bình đồ ảnh sang máy tính cá nhân để tiến hành số hóa địa vật, độ cao điểm địa hình vùng quang đãng tận dụng, vùng ẩn khuất, vùng mặt nước cần xác định phải đo bổ sung ngoại nghiệp RTK-GNSS đo sâu hồi âm 2.2 Công nghệ định vị vệ tinh RTK-GNSS Công nghệ định vị vệ tinh RTK-GNSS có nhiều ưu như: xác định vị trí điểm với độ xác cao mặt (1cm+1ppm) (novatel.com, 2018), độ cao đạt sai số gấp đôi mặt (Eric Gakstatter, 2014) cỡ 2-4cm Việc đo thực địa không phụ thuộc vào tầm thông hướng ngang, cần thông hướng lên bầu trời, việc thích hợp cho cơng tác đo diện rộng Ngun lý cơng nghệ có điểm trạm tham chiếu cố định, thu tín hiệu vệ tinh đồng thời với điểm trạm di động (anten đo địa hình, anten đo tâm chụp ảnh UAV, anten đo sâu hồi âm), cung cấp số cải vị trí đồng tức thời qua phát song radio qua internet (chuẩn RTCM) Có thể nói cơng nghệ định vị RTK-GNSS cầu nối, công cụ hỗ trợ cho công nghệ đo ảnh UAV đo sâu hồi âm SES Trong thành lập đồ địa hình vùng rừng ngập mặn ven biển tthì cơng nghệ định vị RTK-GNSS cịn có nhiệm vụ đo bổ sung địa hình, địa vật ngoại nghiệp đối tượng: thông số cầu, cống, địa vật nhỏ cột điện nhỏ, hố ga, đối tượng bị thực vật lấp cao độ bờ, rạch nước, rãnh nước, biển dẫn… Hình Cầu nối cơng nghệ RTK với UAV SES (ia-drone.com 2018; what-when-how.com, 2018; coastal.er.usgs.gov, 2016) 2.3 Công nghệ đo sâu hồi âm SES Trong vùng rừng ngập mặn ven biển, phần ngập nước lớn bao gồm sông, kênh dẫn biển, vùng nước ven bờ, luồng lạch có độ sâu từ vài mét đến vài chục mét Để ghi nhận giá trị tọa độ độ cao đáy sông, đáy biển cần thiết phải dùng công nghệ đo sâu hồi âm SES Đo sâu hồi âm (Survey Echo Sounder) loại sonar công suất nhỏ, dùng cho xác định độ sâu vùng nước Máy đo thực cách phát xung siêu âm vào nước thu nhận tín hiệu phản xạ từ đáy nước, từ xác định độ sâu Hiện có loại máy đo sâu hồi âm: đơn tia (single beam echo shouder, phát tia đơn, đo điểm) đa tia (multi beam echo shouder, phát chùm tia, đo chùm dải điểm vng góc với hướng tàu, góc mở lên đến 1500, độ rộng dải từ 2-7 lần độ sâu) Cả loại ứng dụng thực tiễn, nhiên loại đo sâu đa tia có hiệu khảo sát vượt trội đường tàu di chuyển đo dải điểm đo, chạy nhiều đường tàu đo Công nghệ đo sâu hồi âm hỗ trợ cơng nghệ định vị vệ tinh RTK-GNSS, cho vị trí điểm đo có độ xác cao (bằng với độ xác RTK mặt bằng), độ xác độ sâu phụ thuộc vào thân số liệu trị đo sâu (có thể đạt đến 10cm), khả ổn định tự động bù sóng biển (giữ phương thẳng đứng tia, chùm tia đo sâu, đo nghiệm triều tự động) phụ thuộc độ xác độ cao RTK đem lại… Thông thường, để dự trữ độ xác nên đo đến khoảng cao 1m máy đo sâu hồn tồn đáp ứng tốt Những máy đo sâu thiết bị phụ trợ thường lắp đặt tàu đo có người lái, gần có sản phẩm nghiên cứu tàu đo không người lái nhỏ gọn hơn, đo luồn lạch hẹp, vùng nước nơng, sát bờ với địa vật bị cản trở (bèo, rừng ngập nước) … Có thể tận dụng loại công tác khảo sát Việc đo sâu hồi âm hoàn toàn tự động, mật độ điểm đạt cao (