LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Đặng Thanh Tùng MỤC LỤC Mục lục: Danh mục chữ viết tắt: Danh mục hình ảnh: Danh mục bảng biểu: .6 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nội dung nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG CỞ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 1.1 Cơ sở lý thuyết công nghệ Lidar 10 1.1.1 Cấu trúc hệ thống Lidar 10 1.1.2 Nguyên lý hoạt động Lidar 11 1.1.3 Cơ sở toán học xác định tọa độ điểm Lidar 12 1.1.4 Độ xác xác định vị trí điểm Lidar 15 1.2 Khả ứng dụng Lidar đồ 3D 18 1.2 Ứng dụng công tác khảo sát, thiết kế, giám sát công trình 19 1.2.3 Ứng dụng công tác thiết kế, quy hoạch, phát triển đô thị 19 1.2.4 Ứng dụng quân 20 1.2.5 Ứng dụng du lịch 20 1.3 Các vấn đề đồ 3D 20 1.3.1 Các khái niệm 20 1.3.2 Khả ứng dụng liệu Lidar thành lập đồ 3D 22 1.3.3 Các phương pháp nghiên cứu thành lập đồ 3D 22 a Phương pháp Lidar 23 b Phương pháp đo vẽ trực tiếp thực địa 25 c Phương pháp vẽ ảnh hàng không 26 d Phương pháp đồ địa hình, địa 27 e Thành lập đồ địa hình 3D từ nguồn ảnh viễn thám khác 28 f Phương pháp Radar độ mở tổng hợp giao thoa (IFSAR - InterFerometric Synthetic Aperture Radar) 29 CHƯƠNG 31 QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LIDAR THÀNH LẬP BẢN ĐỒ 3D 31 2.1 Xử lý liệu Lidar 31 2.1.1 Chiết tách thông tin địa hình địa vật (phân tầng độ cao liệu Lidar – tách bề mặt địa hình thực bề mặt địa vật) 32 2.1.2 Nhận dạng, tái lập mô hình công trình xây dựng 36 a Tìm kiếm, nhận dạng công trình xây dựng 38 b Tái lập công trình xây dựng đồ 3D 40 2.2 Phương pháp hiển thị đối tượng đồ 3D 42 2.2.1 Phương pháp hiển thị đối tượng 3D 42 2.2.2 Mô hình số địa hình 43 2.2.3 Các đối tượng địa hình 3D 45 2.2.4 Phân tích lựa chọn mức độ chi tiết cho đối tượng hiển thị 3D 46 CHƯƠNG 49 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LIDAR THÀNH LẬP BẢN ĐỒ 3D THÀNH PHỐ BẮC GIANG 49 3.1 Khái quát chung khu vực thử nghiệm, hệ thống máy quét Lidar 49 3.2 Công tác chuẩn bị, bay quét xử lý liệu Lidar 53 3.2.1 Công tác chuẩn bị 53 3.2.2 Bay quét Lidar 53 3.2.3 Xử lý liệu Lidar 56 3.2.4 Xây dựng mô hình 3D khu vực thử nghiệm 61 d Thể đối tượng khác đồ 67 - Thuỷ hệ đối tượng liên quan 67 - Giao thông đối tượng liên quan 68 - Các đối tượng kinh tế, văn hoá xã hội 69 - Dáng đất, chất đất 70 - Thực vật 71 - Ranh giới 73 - Ghi 73 3.3 Đánh giá kết sản phẩm 74 3.3.1 Đánh giá độ xác 74 3.3.2 So sánh với số phương pháp 74 3.3.3 Đánh giá khả ứng dụng hiệu quả: 76 Trang bị công nghệ Lidar giúp tiếp cận với công nghệ tiên tiến giới, góp phần nâng cao trình độ khoa học công nghệ lĩnh vực đo đạc đồ 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 83 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết vắt LIDAR IMU DTM DEM DSM GIS GPS Nghĩa tiếng Anh Light Detection And Ranging Inertial Measurement Unit Digital Terrain Model Digital Elevation Model Digital Surface Model Geographic Information System Global Positioning System GRID TIN LoD IFSAR 2D 3D 3D City Model Photorealistic Symbolised Intensity MicroRelief MultiLoD Triangulated Irregular Network Level of Detail InterFerometric Synthetic Aperture Radar: Two Dimensions Three Dimensions Multiple Level of Detail Nghĩa tiếng Việt Công nghệ đo Laser Thiết bị xác định quán tính Mô hình số địa hình Mô hình số độ cao Mô hình số bề mặt Hệ thống thông tin địa lý Hệ thống định vị toàn cầu Cấu trúc lưới mô hình số độ cao Cấu trúc mạng tam giác không mô hình số độ cao Cấp độ chi tiết Radar độ mở tổng hợp giao thoa Hai chiều Ba chiều Mô hình thành phố 3D Ảnh thực Ký hiệu hoá Ảnh cường độ xám Vi địa hình Đa cấp độ chi tiết DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Tổng quan hệ thống bay quét Lidar 11 Hình 1.2: Cơ sở toán học xác định vị trí điểm Lidar 13 Hình 1.3 Bản đồ địa hình 3D 19 Hình 1.4 Bản đồ 3D khu vực đô thị 20 Hình 1.5 Mô hình 3D khu vực đô thị từ liệu Lidar 25 Hình 1.6 Mô hình 3D xây dựng từ liệu đo trực tiếp thực địa 26 Hình 1.7 Bản đồ 3D thành lập từ phương pháp ảnh hàng không 27 Hình 1.8 Mô hình 3D thành lập từ đồ địa 28 Hình 1.9 Mô hình 3D sử dụng ảnh viễn thám 29 Hình 2.1 Dữ liệu tập hợp điểm Lidar 32 Hình 2.2 Phân loại điểm Lidar địa hình địa vật 34 Hình 2.3 Phân loại điểm Lidar địa hình địa vật 35 Hình 2.4 Kết phân loại, tạo mô hình số bề mặt mô hình số địa hình 36 Hình 2.5Ttìm kiếm, nhận dạng công trình xây dựng 40 Hình 2.6 Xác định ranh giới công trình xây dựng 41 Hình 2.7 Xây dựng mô hình 3D công trình xây dựng 41 Hình 2.8: Mô tả mô hình số địa hình đối tượng 42 Hình 2.9 Mô tả nhà đồ 3D thị cách đơn giản mô hình số địa hình 46 Hình 2.10 Cấp độ chi tiết LoD đối tượng nhà, khối nhà 48 Hình 3.1 Sơ đồ tuyến bay quét Lidar khu vực thành phố Bắc Giang 56 DANH MỤC BẢNG BIỂU Sơ đồ 2.1: Sơ đồ quy trình xử lý liệu Lidar lập đồ 3D………………… 30 Bảng2.1:Bảng kết phân loại điểm địa hình, địa vật nhà cửa, cối…….34 Bảng3.1: Bảng tư liệu điểm địa sở…………………………….……49 Sơ đồ 3.1: Quy trình công nghệ thành lập đồ 3D từ liệu Lidar….….….50 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ lĩnh vực đồ viễn thám GIS có bước tiến vượt bậc tạo sản phẩm có chất lượng cao Công nghệ Laser ứng dụng hiệu nhiều lĩnh vực, đo có lĩnh vực đo đạc đồ Trước đây, lĩnh vực đo đạc đồ, công nghệ Laser sử dụng máy đo dài, định tuyến Hiện nay, nhiều nước giới khu vực ứng dụng công nghệ Laser kết hợp với hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu, hệ thống xác định quán tính để lập mô hình số địa hình, mô hình số bề mặt phục vụ thành lập đồ địa hình, đồ dải ven biển, đồ không gian ba chiều xây dựng sở liệu thông tin địa lý Việc thành lập mô hình số địa hình, đặc biệt mô hình số bề mặt thực địa có độ xác cao công nghệ ảnh hàng không phương pháp đo đạc trực tiếp khác trước gặp nhiều khó khăn, chi phí cao, tốn nhiều thời gian để hoàn thành sản phẩm Công nghệ Lidar kết hợp với công nghệ khác định vị vệ tinh, xác định quán tính, bay chụp ảnh số cỡ trung bình cho phép xác định xác bền mặt địa hình bền mặt thực địa theo hệ tọa độ không gian xác định Sản phẩm công nghệ Lidar giúp xây dựng mô hình số địa mô hình số bề mặt có độ xác cao, mật độ liệu điểm lớn, chí lớn đảm bảo tính chi tiết địa hình thực tế Dữ liệu Lidar thu nhận tập hợp điểm có giá trị mặt độ cao (đám mây điểm) hệ tọa độ xác định Từ liệu đám mây điểm Lidar, cho phép tiến hành lọc điểm, biên tập xây dựng nên mô hình số địa hình mô hình số bề mặt dựng mô hình 3D công trình xây dựng, từ xây dựng đồ không gian ba chiều khu vực đô thị cách nhanh chóng, xác Công nghệ Lidar có tiến vượt trội so với công nghệ trước việc thành lập mô hình số địa hình, mô hình số bề mặt phục vụ công tác lập đồ địa hình, đồ không gian ba chiều (bản đồ 3D) xây dựng sở liệu thông tin địa lý Nó cho phép đẩy nhanh tiến độ thi công cách đáng kể, giảm chi phí thi công đạt độ xác cao Bản đồ không gian ba chiều có nhiều ưu điểm so với đồ hai chiều (bản đồ 2D) Nó gồm mô hình số địa hình, đối tượng địa lý dạng vector gắn kết với thuộc tính hiển thị không gian ba chiều Bản đồ 3D thành lập từ nhiều nguồn liệu khác có khả mô cấu trúc cảnh quan đô thị phục vụ quy hoạch, xây dựng phát triển đô thị, phục vụ giáo dục, quốc phòng, du lịch… Để có độ xác cao cho vị trí điểm đồ nguồn liệu thu nhận từ công tác bay quét Lidar thể tối ưu Với ưu hiệu việc xây dựng đồ không gian ba chiều nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt tốc độ phát triển đô thị Việt Nam nhanh việc ứng dụng công nghệ Lidar để xây dựng đồ không gian ba chiều cần thiết thời điểm Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn khả đáp ứng công nghệ, đề tài lựa chọn với tiêu đề:: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Lidar thành lập đồ 3D khu vực đô thị” Mục tiêu nội dung nghiên cứu * Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu, xây dựng quy trình thành lập đồ 3D khu vực đô thị dựa nguồn liệu Lidar * Nội dung nghiên cứu: Để thực mục tiêu đề tài luận văn, nội dung nghiên cứu sau thực hiện: - Tổng quan tài liệu nghiên cứu ứng dụng Lidar việc xây dựng đồ 3D - Nghiên cứu quy trình xây dựng đồ 3D công nghệ lidar - Xây dựng đồ 3D khu vực đô thị thành phố Bắc Giang Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo luận văn cấu trúc ba chương: Chương Cơ sở lý luận phương pháp nghiên cứu Chương Quy trình ứng dụng công nghệ Lidar thành lập đồ 3D Chương Ứng dụng công nghệ liệu Lidar thành lập đồ 3D thành phố Bắc Giang CHƯƠNG CỞ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở lý thuyết công nghệ Lidar 1.1.1 Cấu trúc hệ thống Lidar Công nghệ quét laser từ máy bay (Airborne Laser Scanning) hay gọi Lidar (Light Detection And Ranging) công nghệ áp dụng Việt Nam, cho phép đo đạc độ cao chi tiết địa hình cách nhanh chóng xác Hệ thống Lidar bao gồm đầu quét (bộ cảm biến), hệ thống đo quán tính (IMU), hệ thống GPS, hệ thống quản lý bay, hệ thống camera số hệ thống thiết bị lưu trữ liệu Bộ máy quét laser (bộ cảm biến): gồm hai phận gắn vào bên máy bay: phận có vai trò phát xung laser hẹp đến bề mặt trái đất máy bay di chuyển với tốc độ định Một máy thu gắn máy bay thu nhận phản hồi xung chúng đập vào bề mặt trái đất quay trở lại thiết bị thu máy bay Hầu hết hệ thống Lidar sử dụng gương quét để tạo dải xung Sóng Laser nằm dải sóng cận hồng ngoại để phục vụ công tác đo đạc địa hình, bề mặt mặt đất, với laser dải sóng xanh phục vụ công tác đo sâu mặt nước Độ rộng dải quét phụ thuộc vào góc dao động gương, mật độ điểm mặt đất phu thuộc vào yếu tố tốc độ máy bay tốc độ dao động gương Tốc độ dao động xác định cách tính toán tổng thời gian tia laser rời máy bay, đến mặt đất trở lại cảm biến Hệ thống xác định quán tính IMU: Các giá trị góc xoay, góc nghiêng dọc, nghiêng ngang, hướng bay quét hệ thống Lidar xác định xác thiết bị đạo hàng, góc quay gương tức thời khoảng cách thu nhận liệu GPS dùng để tính toán tọa độ ba chiều điểm Lidar Hệ thống GPS: Dữ liệu Lidar kết hợp với thông tin vị trí 10 chuẩn bị sẵn dạng *.BMP dựng lên với độ cao lưu trữ sẵn trường thuộc tính điểm Đường dây tải điện đối tượng dạng đường đơn giản gắn thuộc tính loại đường: cao thế, hạ thế; độ cao trung bình đường dây; điện áp có Đường dây dạng 2D tính chuyển thành đường 3D dựa độ cao DTM công cụ Convert features to 3D ArcGis 3D Analyst, kết đường 3D bổ sung thêm nhiều đỉnh khoảng đỉnh gốc tức cột Sau chuyển đường dây 3D môi trường đồ họa bỏ tất đỉnh phát sinh cột Sau đưa đường dây vào thể ArcScene tọa độ X, Y, H thực không phụ thuộc vào DTM với khoảng offset lấy từ thuộc tính chiều cao dây Một đối tượng có nhiều điểm tương tự với loại dây dẫn ống dẫn Ống dẫn thể dạng đường, màu xám sẫm, gắn thuộc tính: tỷ cao, đường kính ống, vật liệu làm ống, chất dẫn ống Nếu ống đặt trụ cao nguyên tắc thể tương tự loại dây dẫn thể trụ đỡ kèm theo Trường hợp ống dẫn nằm mặt đất hay ống dẫn ngầm cần thể đường ống dẫn dạng 2D theo mặt DTM với giá trị offset âm dựa thuộc tính độ sâu ống Các giếng kiểm tra thể điểm extrude giá trị âm chìm mặt DTM khoảng độ sâu ống Với độ - transparency DTM 50% - 70% cho phép quan sát tương đối rõ đối tượng chạy ngầm đất - Dáng đất, chất đất Dáng đất thể mô hình số độ cao DTM đường bình độ Nhưng ký hiệu nét đứt bình độ phụ ArcScene nên bình độ phụ có thể đường nét liền màu nhạt Các yếu tố đưa với mục đích bổ trợ cho DTM việc thể địa hình nên thể với độ - transperancy 50% Điểm độ cao thể đối tượng dạng điểm Không ghi 70 độ cao đường bình độ điểm độ cao, cần ngưới dùng truy cứu thông tin công cụ Info Các thông tin chất đất thể đối tượng dạng vùng phủ lên mặt DTM màu đơn giản công cụ Picture fill symbol Các dạng bề mặt cát, sỏi, đá, cồn cát, bãi đá khác có sẵn thư viện ArcGis Các đối tượng đầm lầy thể cách phủ vùng lên mặt DTM tô màu vùng ảnh đầm lầy gồm nét đứt chạy song song tương tự đồ 2D - Thực vật Cách nhìn vào đối tượng thuộc nhóm thực vật cách phân nhóm chúng cho đồ địa hình 3D phải có số điểm khác biệt so với đồ địa hình 2D độ cao riêng h đối tượng yếu tố để phân loại định cách thể Các đối tượng thực vật có độ cao riêng thấp cỏ, lúa, hoa màu thể đối tượng dạng vùng phủ lên mặt DTM công cụ Baseheight tô màu công cụ Picture fill symbol với ảnh chụp bề mặt thực đối tượng màu đơn giản Ở tỷ lệ lớn, đối tượng thực vật có độ cao riêng lớn rừng, hàng cây, độc lập thể đối tượng dạng điểm Đối với rừng hàng dựa vào thông số mật độ để xác định vị trí tương đối điểm Các đối tượng gắn thuộc tính độ cao loại Thông tin lấy từ nội dung đồ địa hình có điều vẽ thực địa Sau dùng công cụ Plan Tree ArcScene để dựng lên từ đối tượng dạng điểm DTM sử dụng ảnh tương ứng độ cao lấy từ trường thuộc tính điểm Công cụ Plant Tree áp dụng với loại cây, kết lưu thành file *.LYR dùng để thị ArcScene SHP file chứa đối tượng dạng điểm sau dựng lên 71 thành không hiển thị lưu giữ Scene đồ địa hình 3D để phục vụ cho mục đích truy cập thông tin Hình 3.9: Hình ảnh cối thể công nghệ 3D plant tree Nếu thể ảnh thực ảnh tạo từ ảnh chụp thực tế Tuy nhiên để phục vụ cho mục đích truy cứu thông tin, rừng hàng lưu trữ dạng vùng đường gắn thông tin thuộc tính loại cây, mật độ cây, chiều cao cây, đường kính thân Hai lớp thông tin nằm nội dung đồ địa hình 3D không hiển thị mà để cần 72 cung cấp thông tin cho truy vấn - Ranh giới Ranh giới hành cấp, ranh giới khu cấm, ranh giới sử dụng đất thể mặt DTM hai ký hiệu Một ký hiệu tạo từ linestyle phục vụ mục đích hiển thị Ký hiệu thứ hai thể đường đơn giản chạy liên tục, gắn thuộc tính loại ranh giới, tên đơn vị hành cấp nằm hai bên, tên khu vực cấm để phục vụ cho mục đích truy vấn thông tin Ngoài đối tượng ranh giới hành thể dạng đường, đơn vị hành thể dạng vùng Polygon gắn thuộc tính mã hành chính, tên riêng số số liệu thống kê quan trọng đơn vị hành Dù thể polygon hay linestring chúng gắn thuộc tính chiều cao Dựa thuộc tính này, với công cụ Extrusion tường thành dạng polygon dựng lên thành khối, hàng rào nhỏ dạng đường dựng lên thành mặt thẳng đứng mặt DTM môi trường lập thể ArcScene phù hợp với chất tự nhiên đối tượng Thuộc tính chất liệu như: đất, đá, bê tông, song sắt, lưới thép, tre gỗ gắn với đối tượng ArcScene chưa cung cấp công cụ hiển thị để thể hình ảnh thật tường hàng rào, dựa thuộc tính chất liệu, đối tượng thể màu sắc khác - Ghi Một số ghi dạng số sử dụng để xác định kích thước hay vị trí hình học đối tượng Ngoài thuộc tính truy cập công cụ query hay info ArcScene Hơn đối tượng địa hình dựng lên môi trường lập thể dày đặc nên số ghi quan trọng chọn để thể Scene ArcScene Do hạn chế công cụ 3D label chưa hỗ trợ tiếng Việt nên ghi tên riêng hiển thị dạng tiếng Việt không dấu 73 3.3 Đánh giá kết sản phẩm 3.3.1 Đánh giá độ xác Đánh giá độ xác mô hình số bề mặt, mô hình số địa hình mô hình nhà cửa 3D thực thông qua hạn sai sau: - Sai số tiếp biên mảnh DTM không vượt 1/2 độ xác yêu cầu DTM - Sai số tuyệt đối DTM đánh giá thông qua điểm đo kiểm tra thực địa Độ lệch trung phương giá trị độ cao tập hợp điểm kiểm tra độ cao đo so với độ cao nội suy từ DTM không vượt độ xác DTM theo thiết kế - Độ xác mô hình số địa hình (DTM) đạt tới 0.2 m độ cao cỡ vài cm mặt phẳng - Các mô hình nhà cửa sau xây dựng đạt độ xác khoảng 0.3m độ cao khoảng 0.2m mặt 3.3.2 So sánh với số phương pháp Một số ưu điểm công nghệ Lidar so với công nghệ khác: - Lidar thu nhận liệu địa hình xác bay độ cao lớn so với hệ thống bay chụp ảnh hàng không thực Độ xác liệu trắc địa ảnh tỷ lệ nghịch với độ cao bay chụp, độ xác Lidar giảm không đáng kể tăng độ cao bay chụp - Lidar cần xung laser gần thẳng đứng để xuyên qua cối đo địa hình mặt đất, trắc địa ảnh cần tới hai tia khác điểm tên mặt đất từ hai ảnh chụp khác - Dựa vào bước xử lý sau kiểm tra chất lượng Lidar khả thu nhận xung phản hồi cuối cùng, với từ 5000-33000 xung giây công nghệ Lidar xây dựng mô hình độ cao tán mô hình độ cao mặt đất với liệu có mật độ lớn độ xác cao - Dữ liệu Lidar thu nhận vào ban ngày lẫn ban đêm, 74 trắc địa ảnh thu nhận vào ban ngày góc tới mặt trời tốt - Dữ liệu Lidar tập hợp điểm có gía trị mặt độ cao, có nhiều lợi để phục vụ xây dựng mô hình 3D nhà cửa khu đô thị - Công nghệ Lidar đưa trực tiếp mô hình số bề mặt (DSM) tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng mô hình nhà cửa trực quan, dễ dàng - Dữ liệu Lidar đảm bảo độ xác cao so với công nghệ khác công nghệ ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, radar Tuy nhiên, so với số phương pháp khác, Lidar có nhược điểm sau: - Đối với xung Lidar dùng đo đạc địa hình đất liền thường bị hấp thụ bới nước, phản hối từ nước không đáng tin cậy Sẽ khó phân biệt ranh giới sông hồ dùng liệu Lidar - Dữ liệu Lidar không thích hợp cho việc xác định đường phân thủy tụ thủy Ví dụ, xung Lidar có khoảng cách trung bình điểm 5m, khó xác định vị trí đường phân tụ thủy nắm khoảng 5m, đặc biệt liệu nằm trực tiếp dòng suối không đáng tin cậy - Trong hệ thống đường bình độ đo vẽ tay với công nghệ trắc địa ảnh thường trơn phản ảnh quy luật dòng chảy sông suối, Đường bình độ tự động tạo từ mô hình số độ cao Lidar thường gồ ghề thường xuất dị thường gần dòng chảy - Ngoài ra, Lidar yêu cầu phải có trạm GPS tĩnh; hạn chế độ xác đo vẽ vùng cấm có tranh chấp; yêu cầu độ cao bay không cao gây khó khăn số trường hợp cấm bay thấp 75 3.3.3 Đánh giá khả ứng dụng hiệu quả: Khả ứng dụng công nghệ Lidar: Công nghệ Lidar bước đột phá lĩnh vực đo đạc đồ Việc áp dụng công nghệ Lidar để lập mô hình số độ địa hình (DTM) lập đồ không gian chiều (3D) độ xác cao phục vụ quản lý đô thị, khảo sát giao thông, đánh giá trữ lượng tài nguyên thiên nhiên phòng chống lũ lụt, thiên tai, xây dựng sở liệu thông tin địa lý áp dụng hiệu nhiều nước giới số nước khu vực Lidar tạo xây dựng mô hình số địa hinh với mật độ điểm dày đặc Đặc biệt Lidar xây dựng mô hình số theo tầng ứng với loại đối tượng Trong phần mềm xử lý liệu có công cụ lọc, dùng để loại bỏ điểm độ cao đối tượng không nằm mặt đất để tạo mô hình số địa hình (DTM) Một sản phẩm đặc dụng sau trình xử lý Lidar tạo ảnh trực chiếu cường độ xám Khi hệ thống Lidar tích hợp với máy chụp ảnh số ảnh màu trueorthophoto tạo nhờ mô hình số bề mặt DSM thông số định hướng xác ảnh chụp Sản phẩm trueorthophoto sản phẩm ảnh màu lý tưởng cho công tác điều vẽ, số hoá biên tập đối tượng địa vật mặt đất trình tạo sở liệu GIS hay nội dung đồ Ở Việt Nam, Lidar số đơn vị trực thuộc Bộ Tài nguyên Môi trường (Công ty đo đạc ảnh địa hình, Trung tâm viễn thám) kết hợp với đơn vị nước có thiết bị Lidar nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm Cần thơ, Bắc Ninh, Bắc Giang, Nam Định, Thái Bình, Hưng Yên, Phủ Lý Qua kết thử nghiệm Việt Nam cho thấy công nghệ Lidar có tính vượt trội rõ rệt so với công nghệ truyền thống Lidar tạo DTM với hiệu suất cao, độ xác độ cao tốt, tốc độ nhanh Lidar biểu diễn chi tiết địa hình bề mặt trái đất vùng địa hình khó khăn, phức tạp, che phủ thực điều kiện thời tiết khắc nghiệt, ngày 76 đêm Hệ thống Lidar hữu hiệu, đem lại lợi ích đặc biệt thi công vùng sâu, vùng xa, vùng khó khăn giao thông, địa hình phức tạp cần thời gian cực ngắn Tóm lại, khả ứng dụng công nghệ Lidar lớn có hiệu đặc biệt việc xây dựng, thành lập đồ 3D khu vực đô thị Việc ứng dụng công nghệ Lidar đem lại hiệu lớn nhiều lĩnh vực: Việc ứng dụng công nghệ Lidar góp phần đẩy nhanh tiến độ thực dự án, công trình thành lập đồ, xây dựng sở liệu, góp phần nâng cao hiệu kinh tế, nâng cao chất lượng sản phẩm, cung cấp thông tin, sản phẩm phục vụ đa mục đích sản phẩm phục vụ an ninh, quốc phòng Trang bị công nghệ Lidar giúp tiếp cận với công nghệ tiên tiến giới, góp phần nâng cao trình độ khoa học công nghệ lĩnh vực đo đạc đồ Độ xác công nghệ Lidar lập mô hình số độ cao với độ xác từ 0.15m – 0.5m Dùng công nghệ Lidar có giá thành rẻ từ 1.5 - lần so với công nghệ truyền thống, thời gian hoàn thành sản phẩm nhanh gấp lần có khả nămg thực khu vực diện tích lớn Công nghệ Lidar phục vụ nhiều nhiệm vụ mà khó khăn sử dụng công nghệ khác khảo sát, đánh giá số lượng rừng, khảo sát lập tuyến tải điện cao thế, đường ống dẫn dầu, đường cao tốc, khảo sát đánh giá tuyến đê bao, khu vực ngập lụt phục vụ phòng chống lũ lụt… Công nghệ Lidar phát huy rõ rệt hiệu kinh tế chất lượng phục vụ kịp thời cho công việc như: - Lập DTM độ xác 0.15m – 0.20m phục vụ phòng chống lũ lụt thuộc dự án đồng Nam Bộ, đồng Bắc Bộ, dải ven biển miền Trung dự án phòng chống trượt lở đất khu vực miền núi - Lập DTM đồ 3D phục vụ xây dựng sở liệu địa lý độ 77 xác cao cho đô thị, thành phố Việt Nam - Ứng dụng công nghệ Lidar để thành lập sở liệu địa lý độ xác cao phục vụ GIS thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn (1/1000, 1/2.000) vùng đô thị với mục đích giảm giá thành tăng độ xác sản phẩm Tuy nhiên để đầu tư công nghệ Lidar có hiệu cao nhất, phù hợp với mục đích đặt đòi hỏi phải nghiên cứu ứng dụng cách thận trọng cụ thể hệ thống Lidar 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Công nhệ Lidar phục vụ cho công tác lập mô hình số địa hình (DTM) đồ không gian (3D) độ xác cao bước đột phá việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến để tạo lập sản phẩm có chất lượng độ xác cao đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ phát triển kinh tế bảo vệ an ninh quốc phòng giai đoạn Ứng dụng công nghệ Lidar lập đồ không gian 3D mang lại hiệu kinh tế cao, đảm bảo độ xác nâng cao suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm Hệ thống công nghệ quét Laser mặt đất Lidar thiết bị đặc biệt chuyên ngành có vài nhà sản xuất giới cung cấp Do thực cần dựa tình hình thực tế để áp dụng hệ thống Lidar cho phù hợp với yêu cầu, mục đích Công nghệ LIDAR có ưu công nghệ khác lập đồ 3D khu vực đô thị, đặc biệt trường hợp cần xây dựng mô hình đô thị thời gian ngắn bao gồm mô hình bề mặt mặt đất mô hình nhà cửa với hình dạng chi tiết Trong ứng dụng dạng này, người ta thường kết hợp liệu lidar với tài liệu khác trình thành lập đồ 3D như: liệu GIS có sẵn khối nhà, ảnh hàng không vệ tinh để đạt kết tốt Bản đồ 3D thành lập từ liệu Lidar đem lại hiệu cao nhiều mặt đạt chất lượng tốt Đề nghị nghiên ứu, ứng dụng rộng rãi Việt Nam Ngoài cần nghiên cứu, ứng dụng công nghệ tự động xây dựng khối nhà 3D từ liệu Lidar để xây dựng đồ 3D hiệu Bản đồ 3D khu vực thử nghiệm thành phố Bắc Giang thành lập dựa nguồn liệu Lidar năm 2007 nguồn tài liệu bổ trợ đồ địa bình đồ ảnh trực giao hàng không tỷ lệ 1/2000… thể 79 hiện, mô đối tượng 3D cách trực quan, rõ ràng đặc biệt đối tượng nhà cửa, đảm bảo thông tin thuộc tính độ cao nhà, chu vi, diện tích nhà Tuy nhiên để thể đối tượng nhà cửa mức độ chi tiết cao hơn, gán với hình ảnh thật thực địa điều tra bổ sung thông tin thuộc tính kiểu nhà, số tầng nhà… đòi hỏi nhiều công sức thời gian mà phạm vi đề tài này, tác giả chưa thể mô toàn 1474 nhà 3D có gán hình ảnh thật Ngoài ra, ký hiệu cối, thực vật nói chung cần nhiều thời gian, công sức để lấy hình ảnh thật phục vụ việc thể đối tượng đồ 3D thể hiệu Mặc dù vậy, sản phẩm đáp ứng toàn nội dung đồ 3D cần thể mức độ khái quát Kiến nghị Với số ưu điểm vượt trội công nghệ Lidar so với công nghệ khác nay, đề nghị ứng dụng rộng rãi công nghệ việc thành lập đồ 3D khu vực đô thị Ngoài ra, đồ 3D sản phẩm mang lại hiệu sử dụng cao cho nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt cho công tác quản lý, quy hoạch phát triển đô thị, cần nghiên cứu hoàn thiện quy trình phục vụ phát triển kinh tế xã hội Đối với quy trình thành lập đồ 3D nay, việc thể khối nhà chủ yếu dựa vào ranh giới vẽ (số hóa) từ ảnh hàng không trực giao từ đồ địa để dựng nên khối nhà, cần nghiên cứu hoàn thiện việc nhận dạng vector hóa tự động mô hình hóa tự động khối nhà 3D Qua sản phẩm thử nghiệm mảnh đồ 3D tỷ lệ 1/2000 thành phố Bắc Giang, tác giả nhận thấy sản phẩm đảm bảo độ xác theo yêu cầu tỷ lệ đồ cần thành lập Ngoài ra, sản phẩm đồ 3D có ý nghĩa sử dụng thực tế, sản phẩm giúp cho nhà quản lý đô thị phân tích, đưa 80 phương án quy hoạch cách chi tiết hiệu nhiều so với việc sử dụng đồ 2D truyền thống Do đó, dựa nguồn liệu Lidar, đồ địa tư liệu ảnh hàng không có, nên thành lập đồ 3D cho toàn thành phố để nâng cao hiệu công tác quản lý, quy hoạch phát triển đô thị thành phố Bắc Giang phục vụ phát triển kinh tế xã hội 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Thục Anh, Nghiên cứu thử nghiệm thành lập đồ địa hình 3D, Trung tâm Viễn thám quốc gia, Bộ Tài nguyên Môi trường Lương Chính Kế, Thành lập DTM công nghệ Lidar, Tạp chí Viễn thám địa tin học, Tr.20-27 Phan Văn Lộc, Tự động hóa đo ảnh, Bài giảng cho NCS HVCH, Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Công ty Đo đạc ảnh địa hình, Báo cáo kết tích hợp hệ thống máy ảnh số Lidar Harrier 56 Việt Nam Liang Chen Chen, Tee-Ann Teo, Jiann-Yeo Rau, Jin-King Liu, WeiChen Hsu, Buiding reconstruction from Lidar data and Aerial Imagery, Taiwaan R.O.C Tse, M Dakowicz, C.M Gold, and D,B Kidner, Building reconstruction using Lidar data, GIS Reseach Center, School ò Comuting, University of Glamorgan, Pontỷpidd, CF37 IDL, Wales, UK G Prisestnall, J Jaafar, and A Duncan, Extraction of Urban Features from Lidar Digital Surface Models, Computers, Environment $ Urban Systems, Vol 24, pp.65-78 Rottensteiner, F, Trinder, J., Clode, S and Kubik, K Fusing Airborne Laser Scanner Data and Aerial Imagery for the Automatic Extraction of Buildings in Densely Built-up Areas, Proceedings of XXth Congress of ISPRS, Istanbul, Turkey, 12-23 July, pp 512-517 Fritsch, D 3D Building Visualisation – Outdoor and Indoor Applications, Photogrammetric Week ’03, pp 281-290 10 Molenaar, M, A Formal Data Structure for Three Dimensional Vector Maps, Proceedings, 4th International Symposium on Spatial Data handling, Zỹrich, Vol 2, pp 830-843 82 PHỤ LỤC Một số hình ảnh thực địa khu vực thành phố Bắc Giang tháng 12 năm 2010 83 84 [...]... Geoid ca khu phm vi bay quột Lidar) Nu ch s dng kt qu o GPS n thun thỡ mi ch xỏc nh chớnh xỏc c giỏ tr cao H ca cỏc im Lidar (giỏ tr cao trờn b mt Ellipsoid ca h ta s dng thnh lp bn 3D) Do ú phi s dng mụ hỡnh Geoid a 16 phng cú chớnh xỏc m bo cú c cỏc giỏ tr d thng cao N ti khu vc bay quột Lidar, t ú xỏc nh chớnh xỏc cỏc giỏ tr cao thy chun h ca cỏc im Lidar trong khu vc Da trờn cỏc im Lidar. .. trong cỏc ngun d liu cú th s dng thnh lp bn 3D nh ó nờu trờn thỡ d liu Lidar t ra l ngun d liu cú nhiu u th nht, ỏp ng c nhiu yờu cu ca bn 3D c bit, i vi bn 3D khu vc ụ th, khi m vic th hin cỏc nh v khi nh trờn nn mụ hỡnh a hỡnh l mt trong nhng yờu cu c quan tõm nht thỡ d liu Lidar cú th ỏp ng tt hn so vi cỏc ngun d liu khỏc Vic th hin cỏc nh, khi nh 3D trờn bn cn cú y thụng tin v kớch thc, hỡnh... mỏi nh, cao mỏi nh D liu Lidar vi mt im chi tit rt ln, cú th lờn ti 5 im/m 2 v c bit cú chớnh xỏc rt cao (t ti 0.15m v cao) hon ton cú th ỏp ng c yờu cu v xõy dng bn 3D khu vc ụ th S dng d liu Lidar cho vic xõy dng bn 3D khu vc ụ th cú kh nng tit kim chi phớ ln v rỳt ngn c rt nhiu v mt thi gian hon thnh sn phm so vi vic s dng cỏc ngun d liu khỏc Vi nhng u im ca d liu Lidar so vi cỏc ngun d liu... sang h thng a chớnh 3D Vn qun lý v lut t ai gn vi cỏc bt ng sn 3D ny hin nay ang c nhiu nc trờn th gii quan tõm nghiờn cu 21 1.3.2 Kh nng ng dng d liu Lidar trong thnh lp bn 3D Bn 3D ũi hi thụng tin v kớch thc ca i tng trong chiu th ba ca khụng gian Cỏc thụng tin ny cú th c thu thp b sung bng cỏc ngun d liu nh: iu tra - o v thc a; o v lp th trờn trm nh s; d liu giao thoa radar, Lidar Tuy nhiờn, trong... cú 1 im 1.1.3 C s toỏn hc xỏc nh ta ca im Lidar Vic xỏc nh ta ca cỏc im Lidar c tin hnh bng cỏch xỏc nh ta im Lidar trong h ta ca mỏy quột, sau ú xỏc nh chớnh xỏc ta ca im Lidar trong mt h ta khụng gian la chn S vector (1.2) minh ha vic xỏc nh ta ca im Lidar: 12 Z A Y X Server C b u S D t d Z v a G Y g X Mt t P Hỡnh 1.2: C s toỏn hc xỏc nh v trớ im Lidar Trong ú: G: im GPS mt t trong h ta ... ca cụng ngh Lidar em li hiu qu rt ln cho cụng tỏc o c lp bn v xõy dng mụ hỡnh khụng gian ba chiu Bỡnh nh trc giao cú th c s dng lm lp ph b mt cho cỏc i tng trờn bn 3D 1.2 Kh nng ng dng Lidar v bn 3D Cụng ngh Lidar th hin nhiu u th vt tri so vi cỏc cụng ngh khỏc trong vic o c thnh lp bn v xõy dng c s d liu cng nh cụng tỏc mụ phng khụng gian ba chiu Cỏc ngun d liu thu nhn c t h thng Lidar cú th... bn a hỡnh 3D nh sau: - Thit k ni dung: xỏc nh ni dung, chn la v qui nh cỏch th hin c th cho tng i tng bn 3D ca khu o - To d liu ha nn 2D tng t nh bn a hỡnh truyn thng - To d liu 3D bng cỏc phng phỏp o v lp th, o v thc a, Lidar - Thu thp cỏc thụng tin thuc tớnh t cỏc ngun ti liu cú sn hoc thụng qua iu v ngoi nghip - Gn kt cỏc thụng tin thuc tớnh vi d liu ha - Hin th cỏc ni dung bn 3D da trờn nn... cú mc chi tit cao thc hin xõy dng bn 3D khu vc ụ th c bit trong trng hp cn xõy dng mụ hỡnh ụ th trong mt thi gian ngn bao gm c mụ hỡnh b mt mt t v c mụ hỡnh nh ca vi hỡnh dng chi tit ca mỏi nh (roof shape) 24 Hỡnh 1.5 Mụ hỡnh 3D khu vc ụ th t d liu Lidar Trong cỏc ng dng dng ny, ngi ta thng kt hp d liu laser vi cỏc ti liu khỏc trong quỏ trỡnh thnh lp bn 3D nh: cỏc d liu GIS cú sn v khi nh, nh hng... im Lidar (cựng vi h ta cn thnh lp bn ) nh trueortho khụng ch giỳp kh nng phõn bit i tng c to bi d liu Lidar mt cỏch chớnh xỏc m cũn giỳp cho vic ph lờn b mt cỏc i tng a vt xõy dng mụ hỡnh 3D mt cỏch bỏn t ng Núi chung, vic xõy dng bn 3D t d liu Lidar cn c tin hnh qua cỏc cụng on: chit tỏch thụng tin v cao v hỡnh nh, kớch thc ca cỏc i tng, la chn phng phỏp v mc chi tit hin th i tng trờn bn 3D. .. phng phỏp v mc chi tit hin th i tng trờn bn 3D S 2.1: S quy trỡnh x lý d liu Lidar lp bn 3D Chit tỏch cỏc thụng tin v a hỡnh v a vt Nhn dng, phõn tớch mc hin th i tng 3D Xõy dng, hin th cỏc i tng 3D 31 2.1.1 Chit tỏch cỏc thụng tin v a hỡnh v a vt (phõn tng cao d liu Lidar tỏch b mt a hỡnh thc v b mt a vt) D liu Lidar l tp hp cỏc im (ỏm mõy im) cung cp thụng tin mt cỏch phong phỳ v mt bng v