BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐỖ THỊ HOÀI

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BÌNH ĐỒ ẢNH TỶ LỆ LỚN

TỪ ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

MÃ SỐ: 62.52.05.03

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, Năm 2016

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Đo ảnh Viễn

Thám - Khoa Trắc địa Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học

Mỏ - Địa Chất, P. Đức Thắng, Q. Bắc Từ Liêm, Hà Nội.

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS. TS Trần Đình Trí

2. TS Nguyễn Xuân Lâm

Phản biện 1: TS Trần Vân Anh

Phản biện 2: PGS. TS Phạm Quang Vinh

Phản biện 3: TS Nguyễn Dư Khang

Luận án được bảo vệ trước hội đánh giá luận án cấp Trường

họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, P. Đức Thắng, Q. Bắc Từ

Liêm, Hà Nội.

Vào hồi…….giờ, ngày…… tháng……. năm 2016

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc gia - Hà Nội

hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

1

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của luận án

Trong những năm qua, ảnh vệ tinh độ phân giải cao như Geoeyes,

IKONOS, QuickBird, OrbView-3, WordView-1…đã được sử dụng

nhiều trong công tác thành lập và hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn. Bình đồ

ảnh được thành lập từ các tư liệu ảnh viễn thám nói trên được sử dụng để đo vẽ phần địa vật của nội dung bản đồ. Tuy ảnh vệ tinh độ phân

giải cao đã có những ứng dụng trong thực tế ở Việt Nam nhưng quy

mô ứng dụng còn hạn chế, chưa áp dụng sản xuất rộng rãi, chưa mang tính sản xuất đại trà. Việc lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám, thành lập và

đánh giá độ chính xác của bình đồ ảnh được thành lập từ ảnh vệ tinh

độ phân giải chủ yếu được thực hiện theo kinh nghiệm cho nên quá trình khai thác thông tin từ bình đồ ảnh chưa thể hiện rõ ưu thế về kinh

tế - kỹ thuật. Với nhu cầu cấp thiết đó và lòng mong muốn đóng góp

phần nhỏ của trí thức bản thân cho sự phát triển của công nghệ viễn

thám, nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên cứu các giải pháp nâng

cao độ chính xác của bình đồ ảnh tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân

giải cao”

2. Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu nguyên lý thu nhận và đặc điểm của ảnh vệ tinh độ

phân giải cao; quy trình và các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác trong quá trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh độ phân giải cao để

từ đó đưa ra giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ chính xác của bình

đồ ảnh tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao;

- Nâng cao trình độ tiếp cận và phục vụ sản xuất theo hướng chính

xác và nhanh chóng mà hiện đại đáp ứng được nhu cầu thực tiễn;

- Bổ sung kiến thức cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho công tác

nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất tại đơn vị

3. Đối tượng nghiên cứu

- Ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao;

- Các mô hình toán học sử dụng để nắn ảnh trên cơ sở sử dụng các

số liệu gốc khác nhau;

- Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của bình đồ ảnh tỷ

lệ lớn được thành lập từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao.

4. Nội dung nghiên cứu

2

- Tổng quan các tài liệu, các công trình nghiên cứu đã có trên thế

giới cũng như ở Việt Nam liên quan đến phương pháp nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh;

- Nghiên cứu đặc điểm kỹ thuật của ảnh vệ tinh độ phân giải cao;

- Nghiên cứu quy trình thành lập bình đồ ảnh từ ảnh vệ tinh độ

phân giải cao;

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sai số nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh bao gồm các nguồn sai số, mô hình toán học nắn chỉnh ảnh

vệ tinh;

- Độ chính xác nắn chỉnh hình học của ảnh vệ tinh và các sai số

ảnh hưởng đến độ chính xác đáp ứng cho việc thành lập bình đồ ảnh

phục vụ thành lập hiện chỉnh bản đồ địa hình với tỷ lệ phù hợp;

- Triển khai thử nghiệm và xây dựng phần mềm đánh giá chất

lượng bình đồ ảnh.

5. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm kiếm thu thập các tài liệu

và cập nhật thông tin trên mạng Internet có liên quan đến ảnh vệ tinh độ phân giải cao của các nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam. Từ

đó rút ra được ưu nhược điểm để khắc phục, giải quyết những tồn tại

mà đề tài sẽ nghiên cứu đến.

- Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương pháp tổng hợp tài

liệu, so sánh chọn lọc các mô hình kỹ thuật hợp lý cho bài toán nắn ảnh vệ tinh, đánh giá khách quan các yếu tố để đưa ra kết luận chính

xác làm cơ sở để giải quyết các vấn đề đặt ra.

- Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, học hỏi kinh nghiệm của đội

ngũ chuyên gia trong lĩnh vực ảnh viễn thám để tìm ra các giải pháp

tối ưu trong quá nghiên cứu

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm làm rõ vấn đề

đặt ra trong nghiên cứu.

6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học:

+ Góp phần bổ sung, hoàn thiện một số vấn đề về phương pháp

luận trong việc thành lập bản đồ địa hình và hiện chỉnh bản đồ bằng

ảnh vệ tinh độ phân giải cao;

3

+ Đưa ra được cơ sở khoa học và đề xuất các giải pháp kỹ thuật

nhằm nâng cao độ chính xác của bình đồ ảnh được thành lập từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao, phục vụ cho công tác đo vẽ và hiện chỉnh

bản đồ tỷ lệ lớn.

- Ý nghĩa thực tiễn: Đưa ra giải pháp nâng cao độ chính xác của

bình đồ ảnh được thành lập từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao, phục vụ

cho công tác đo vẽ và hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn.

7. Các luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Ảnh vệ tinh độ phân giải cao hoàn toàn có khả năng

sử dụng để thành lập và hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn.

Luận điểm 2: Để nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật sử dụng ảnh

vệ tinh độ phân giải cao trong thành lập và hiện chỉnh bản đồ, công tác

nắn ảnh phục vụ cho thành lập bình đồ ảnh phải được thực hiện theo các thuật toán nắn ảnh phù hợp với từng tư liệu ảnh, số liệu gốc và

dạng địa hình.

Luận điểm 3: Cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý hoàn toàn có thể

sử dụng như một loại số liệu gốc để nắn ảnh vệ tinh.

8. Những điểm mới của luận án

- Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp nâng cao

độ chính xác của nắn ảnh vệ tinh độ phân giải cao.

- Đề xuất giải pháp sử dụng số liệu gốc trong quá trình nắn chỉnh hình học nhằm tăng hiệu quả kinh tế và độ chính xác của bình đồ ảnh

từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ công tác thành lập và hiện

chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao.

- Hoàn thiện cơ sở lý thuyết và xây dựng phần mềm đánh giá chất

lượng của bình đồ ảnh.

9. Cơ sở tài liệu viết luận án

- Các tài liệu trong và ngoài nước trong lĩnh vực trắc địa, trắc địa

ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý.

- Một số kết quả thực nghiệm tại Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ,

Cục Viễn thám Quốc gia và một số cơ quan trong lĩnh vực viễn thám.

- Các công trình nghiên cứu của tác giả.

10. Khối lượng và kết cấu của luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án có 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu

4

Chương 2: Ảnh vệ tinh độ phân giải cao.

Chương 3: Bình đồ ảnh vệ tinh độ phân giải cao và quy trình thành

lập

Chương 4: Các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác của bình

đồ ảnh tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

11. Lời cảm ơn

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Đo ảnh và Viễn Thám - Khoa

Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất,

Bộ Giáo dục và Đào tạo, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Đình Trí và TS Nguyễn Xuân Lâm

Trong quá trình thu thập và hoàn thành tài liệu, tác giả đã nhận đượ sự quan tâm tạo mọi điều kiện của Ban giám hiệu, Khoa Trắc địa -

Bản đồ và Quản lý đất đai, Phòng Đào tạo sau đại học, Trường đại học

Mỏ - Địa chất, Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ, Cục Viễn thám Quốc gia, Cục Đo đạc và Bản đổ Việt Nam, Tổng công ty Tài nguyên

Môi trường.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến tất cả các

nhà khoa học, các thầy cô giáo, các cơ quan, các bạn đồng nghiệp và

những người thân đã tận tình giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án.

NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1. Trên thế giới

Hiện nay, kỹ thuật viễn thám đang có những bước phát triển mạnh

mẽ. Các vệ tinh nhỏ và có độ phân giải cao (nhỏ hơn 1m) đang được

nghiên cứu và phát triển thành công như vệ tinh WorldView,

QuickBird, IKONO, KOMSAT... Cùng với sự phát triển của kỹ thuật thu nhận ảnh là sự phát triển các nghiên cứu về các phương pháp xử lý

dữ liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ cho các công tác thành

lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, thành lập các bản đồ chuyên đề lớp phủ và các ứng dụng từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao.

Quy trình để thành lập bản đồ hoặc hiện chỉnh bản đồ địa hình từ tư liệu ảnh độ phân giải cao cần thực hiện qua các bước chính sau:

Tiền xử lý ảnh bao gồm hiệu chỉnh về giá trị phổ phản xạ và các sai số

hình học của hệ thống vệ tinh; Nắn chỉnh ảnh về hệ tọa độ quốc gia; Tăng cường chất lượng ảnh; Đo vẽ và biên tập bản đồ.

5

Các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra các kỹ thuật xử lý nhằm

nâng cao độ chính xác hình học của ảnh vệ tinh dựa trên các tư liệu ảnh vệ tinh khác nhau. Các nghiên cứu về kỹ thuật xử lý nâng cao độ

chính xác của anh vệ tinh độ phân giải cao vẫn đang được các nhà

khoa học trên thế giới quan tâm thử nghiệm cùng với sự ra đời của các

thế hệ vệ tinh mới.

Kết quả nghiên cứu được thể hiện qua các lĩnh vực chính như sau:

Thứ nhất: Về hiệu chỉnh ảnh hưởng các sai số do bản thân chuyển

động và do cấu tạo của bộ cảm đến độ chính xác hình học của ảnh.

Quá trình chuyển động của vệ tinh bao gồm việc xác định chính xác các thông số quỹ đạo, vị trí góc chụp, góc ngưỡng, cấu tạo và đặc tính

thu nhận của bộ cảm vệ tinh sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác

hình học của các pixel trên ảnh.

Thứ hai: Về hiệu chỉnh ảnh hưởng của các điều kiện thu nhận ảnh

vệ tinh bao gồm các điều kiện chiếu sáng của mặt trời, ảnh hưởng của

khí quyển, ảnh hưởng của chênh cao địa hình và độ cong của quả đất

Thứ ba: Về khả năng nâng cao độ chính xác vị trí điểm địa vật thì

phương pháp chủ yếu là hiệu chỉnh hình học, sử dụng các mô hình hiệu chỉnh và nâng cao độ chính xác và số lượng các điểm khống chế

nắn ảnh.

Các vấn đề nghiên cứu nâng cao độ chính xác của nắn ảnh vệ tinh

được trình bày trong các tài liệu. Tuy nhiên, khi tham khảo các báo

cáo khoa học này gần như chỉ là những thông tin cơ sở, rất khó tiếp

thu và triển khai.

1.2. Ở Việt Nam

Có thể nói, ứng dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ địa hình ở

nước ta tuy không xa lạ nhưng chưa mang tính chất hệ thống. Các

công trình công bố đã khẳng định: Ảnh vệ tinh độ phân giải cao có thể đạt được yêu cầu độ chính xác về mặt phẳng trong việc thành lập bản

đồ địa hình tỷ lệ 1:1.0000 đạt được yêu cầu độ chính xác về độ cao

trong việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000, 1:50.000

1.3. Kết luận

Qua những nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam cho thấy tư liệu viễn thám - đa độ phân giải, đa phổ và đa thời gian (đặc biệt là sản

6

phẩm dưới dạng bình đồ ảnh), là tư liệu cơ sở quan trọng được sử

dụng trong việc giám sát tài nguyên, thiên nhiên môi trường, trong thành lập và hiện chỉnh bản đồ.

Các nghiên cứu được công bố trên các tạp chí khoa học trong và ngoài nước được thực hiện trên các tư liệu vệ tinh khác nhau, phương

pháp hiệu chỉnh hình học khác nhau, số lượng điểm khống chế khác

nhau, khu vực nghiên cứu khác nhau... nên không có một phương

pháp xử lý chung cho tất cả các tư liệu vệ tinh độ phân giải cao. Ngoài ra, mỗi vệ tinh thu nhận ảnh độ phân giải cao có những phương pháp

thu nhận, kỹ thuật xử lý khác nhau nên độ nét của hình ảnh địa vật

trên ảnh sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác chọn điểm khi thực hiện các phương pháp hiệu chỉnh hình học. Vì vậy, đòi hỏi cần có những

nghiên cứu thử nghiệm các phương pháp hiệu chỉnh hình học của tư

liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao đối với khu vực địa hình đặc trưng

của Việt Nam.

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước tập trung về nghiên

cứu xử lý phổ, chiết tách thông tin từ ảnh hoặc sử dụng phương pháp nắn ảnh theo ảnh, hoặc nắn ảnh theo bản đồ. Tuy nhiên, nguyên lý thu

nhận ảnh vệ tinh độ phân giải cao, đặc biệt các vệ tinh có độ phân giải

dưới 1m chưa được đề cập cụ thể trong các công trình khoa học trong nước. Các nghiên cứu trong nước vẫn tập trung sử dụng tư liệu ảnh vệ

tinh SPOT với độ phân giải 2.5m trong thành lập và hiện chỉnh bản

đồ, chưa có nhiều những nghiên cứu thử nghiệm đối với tư liệu ảnh vệ

tinh độ phân giải cao dưới 1m.

Vì vậy, để có thể ứng dụng rộng rãi ảnh vệ tinh độ phân giải cao

trong thực tế thì đòi hỏi cần có những nghiên cứu và thử nghiệm cụ thể về những nguyên lý thu nhận ảnh vệ tinh độ phân giải cao và các

giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác của bình đồ ảnh được thành

lập từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao.

Do vậy, luận án tập trung và giải quyết các vấn đề cơ bản sau:

1. Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của vệ tinh độ phân giải cao, đặc

biệt đối với các vệ tinh có độ phân giải nhỏ hơn 1m (kênh toàn sắc).

2. Nghiên cứu các giải pháp để nâng cao độ chính xác của bình đồ ảnh từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ công tác thành lập và hiện

chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ lớn.

7

Chương 2. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ẢNH VỆ TINH

ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

2.1. Các đặc tính kỹ thuật của vệ tinh độ phân giải cao

2.1.1. Các đặc tính kỹ thuật của ảnh vệ tinh độ phân giải cao

Hiện nay, hệ thống vệ tinh độ phân giải cao được phát triển mạnh

mẽ với các đặc tính kỹ thuật ngày càng được cải tiến như:

- Các hệ thống vệ tinh đã nâng độ phân giải lên rất nhiều. Các vệ

tinh có độ phân giải dưới 1m (kênh toàn sắc) thường là những vệ tinh

bay ở độ cao lớn trên 650km;

- Độ rộng dải quét nhỏ từ 8 km ~ 17.6 km;

- Đặc tính quét tín hiệu của các bộ cảm của vệ tinh độ phân giải

cao vẫn chủ yếu là máy quét dạng chổi đẩy;

- Hệ thống vệ tinh độ phân giải cao cao đều sử dụng kỹ thuật thu

nhận tích hợp và làm trễ thời gian TDI (Time Delay and Integration)

tại các bộ cảm biến;

- Các vệ tinh đều có chế độ chụp lập thể;

- Chu kỳ lặp của vệ tinh đã rút ngắn xuống còn từ 01 ngày ÷ 3 ngày.

2.1.2. Đặc điểm của quỹ đạo vệ tinh

Điều kiện ánh sáng là yếu tố rất quan trọng cho việc thu ảnh đạt chất lượng cao và phải ổn định, nghĩa là góc tới của ánh sáng mặt trời

đối với mặt phẳng quỹ đạo luôn không thay đổi theo thời gian (trong

một ngày hoặc giữa các mùa), chính vì vậy quỹ đạo của vệ tinh độ phân giải cao thường có quỹ đạo đồng bộ mặt trời (sun-synchronous)

quỹ đạo vệ tinh chuyển động theo hướng Bắc - Nam kết hợp với

chuyển động quay của trái đất (Tây - Đông) sao cho vệ tinh luôn luôn

nhìn được bề mặt trái đất tại thời điểm có độ chiếu sáng tốt nhất của

mặt trời

2.1.3. Đặc điểm của bộ cảm biến

- Cách bố trí thông thường của các phần tử CCD của bộ cảm biến

- Bố trí các hàng CCD so le nhau

- Bộ cảm biến tích hợp và làm trễ thời gian. Với cách bố trí này.

TDI của các vệ tinh độ phân giải cao đã tạo ra những bước tiến mới

trong kỹ thuật xử lý tín hiệu so với các vệ tinh quang học thông

thường. Điều này nâng cao cao độ phân giải không gian của pixel ảnh,

đồng thời giảm các sai số hình học trên ảnh vệ tinh độ phân giải cao.

8

2.2. Một số đặc tính hình học của ảnh vệ tinh độ phân giải cao

2.2.1. Sai số méo hình của ảnh vệ tinh

Nguyên nhân gây ra sai số méo hình trên ảnh vệ tinh bao gồm:

- Do bản thân đầu thu chụp ảnh;

- Do chuyển động của vệ tinh và sự sai lệch quỹ đạo, sự thay đổi

tốc độ trên quỹ đạo;

- Do việc ghi liên tục vị trí trên quỹ đạo và của các góc nghiêng

xiên của vệ tinh;

- Do chuyển động xoay của Trái đất trong quá trình thu chụp ảnh,

do độ cong của Trái đất cũng như địa hình mặt đất;

- Do ảnh hưởng chiết quang của khí quyển;

- Do phép chiếu bản đồ cần thành lập của ảnh được hiệu chỉnh.

Từ những phân tích trên cho ta thấy: Các nguồn sai số gây méo

hình này có thể chia thành 2 nhóm chính đó là: Sai số nội tại của bộ

cảm biến thu chụp; Sai số do tác động bên ngoài.

2.2.2. Độ phân giải và khả năng chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh

a) Độ phân giải không gian và các yếu tố liên quan

Độ phân giải không gian (spatial resolution) của một tấm ảnh liên

quan đến khoảng cách hay kích thước nhỏ nhất của một đối tượng trên mặt đất có thể phân biệt được. Các yếu tố ảnh hưởng đến là: trường

nhìn tức thời - IFOV (Instantaneous Field Of View), tiêu cự, hình

dáng của đối tượng mục tiêu và các ảnh hưởng của khí quyển. Độ phân giải không gian bị giới hạn bởi khoảng cách lấy mẫu trên mặt đất

(là khoảng cách trên mặt đất mà một pixel phủ được và được xác định

bởi kích thước của phần tử CCD và tỷ lệ của dữ liệu ảnh), vì không

thể phân tách được một đối tượng trong phạm vi một pixel

b) Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải và chất lượng ảnh:

- Các ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên;

- Các yếu tố bay chụp;

- Máy quét;

- Việc xử lý dữ liệu ảnh;

- Các yếu tố kỹ thuật của vệ tinh;

- Bộ cảm biến của vệ tinh.

2.3. Thành lập bản đồ tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

9

2.3.1. Khả năng chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

Thông thường thì mối quan hệ giữa độ phân giải mặt đất - GSD

(ground sample distance), hay kích thước pixel mặt đất và tỷ lệ của

bản đồ sẽ được thành lập có thể biểu diễn bằng công thức như sau

bdMmmGSD 1.005.0

(2. 1)

2.3.2. Yêu cầu độ chính xác của ảnh vệ tinh độ phân giải cao cho việc

thành lập bản đồ

Ứng dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao để thành lập bản đồ phải

thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Yêu cầu độ chính xác vị trí hình học của điểm địa hình, địa vật

trên ảnh

- Khả năng đoán đọc của ảnh đảm bảo cho việc thành lập bản đồ

2.4. Kết luận chương 2

Qua nghiên cứu các đặc điểm chung của ảnh vệ tinh độ phân giải

cao như sau:

- Có độ phân giải cao, độ phủ rộng, nhiều kênh phổ... thuận tiện

trong công tác thành lập và hiện chỉnh bản đồ.

- Có chu kỳ chụp ảnh ngắn khoảng từ 1 ngày ÷ 3,5 ngày. Điều này cho phép xây dựng cập nhật bản đồ trên tư liệu ảnh đa thời gian. Đồng

thời cho phép đánh giá sự biến đổi của các đối tượng địa vật trên bề

mặt trái đất một cách nhanh chóng, chính xác. Từ đó, có những phát hiện về những biến đổi bất thường của địa hình, đặc biệt trong các

công tác giám sát các thảm họa thiên nhiên;

- Cung cấp các hệ số hiệu chỉnh hình học ảnh, cho phép tính được

các sai số hệ thống trên ảnh với độ ổn định cao. Nhờ vậy, bình đồ ảnh

từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao có độ chính xác cao phục vụ cho công

tác thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình;

Chương 3. BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH VÀ QUY TRÌNH THÀNH LẬP

3.1. Khái niệm về bình đồ ảnh vệ tinh

Bình đồ ảnh vệ tinh là sản phẩm ảnh vệ tinh dạng số đã được định

vị trong hệ tọa độ của bản đồ cần thành lập, được hiệu chỉnh ảnh

hưởng do chênh cao địa hình, được lấy mẫu lại theo độ phân giải danh nghĩa của ảnh vệ tinh, được cắt, ghép theo mảnh bản đồ và được đặt

tên theo phiên hiệu của mảnh bản đồ tương ứng.

10

3.2. Quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh (hình 3.1)

Hình 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh vệ tinh

độ phân giải cao

Theo quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh có thể thấy các yếu tố

ảnh hưởng tới bình đồ ảnh vệ tinh đó là:

- Độ phân giải của ảnh vệ tinh;

- Phương pháp nắn, các mô hình toán học để thực hiện phép nắn;

- Số lượng điểm khống chế ngoại nghiệp và đồ hình bố trí chúng,

độ chính xác đo đạc điểm khống chế;

- Mô hình số độ cao sử dụng để nắn.

3.3. Các phương pháp nắn ảnh vệ tinh

Ảnh vệ tinh độ phân giải cao lúc thu nhận bị ảnh hưởng bởi phép chiếu hình, góc nghiêng, vệt quét, điều kiện khí quyển, độ cong của

Trái đất, chênh cao địa hình... đây chính là các nguyên nhân gây ra

11

biến dạng hình học trên ảnh vệ tinh. Các sai số hệ thống này được loại

trừ nhờ các mô hình toán học.

Trong nắn ảnh vệ tinh có hai mô hình nắn chỉnh hình học bao gồm:

3.3.1 Phương pháp nắn chỉnh hình học theo mô hình vật lý

Mô hình vật lý cho phép loại trừ các sai số trong quá trình chụp

ảnh nếu biết được vị trí tâm chiếu hình trên quỹ đạo. Để xác định tâm

chiếu hình với độ chính xác cần thiết phải sử dụng các điểm khống chế ảnh mặt đất là những điểm biết toạ độ chính xác trên mặt đất trên

một hệ quy chiếu và đồng thời có hình ảnh rõ ràng nhận biết được trên

ảnh. Công việc này gọi là mô hình hoá cảnh ảnh. Về nguyên lý, để mô

hình hoá cảnh ảnh chỉ cần biết một số lượng điểm khống chế ảnh mặt đất đủ để giải hệ phương trình xác định các thông số cần thiết. Đồ

hình bố trí điểm khống chế cảnh ảnh sẽ không ảnh hưởng nhiều đến

độ chính xác mô hình hoá hay nói cách khác sẽ không ảnh hưởng đến độ chính xác nắn ảnh.

3.3.2. Phương pháp nắn chỉnh hình học theo đa thức

- Mô hình hàm đa thức sử dụng để tính chuyển giữa toạ độ ảnh và

toạ độ đối tượng. Bậc của đa thức quyết định phép tính chuyển và dựa

trên sai số méo hình của ảnh, số lượng các điểm khống chế ảnh và dạng địa hình.

- Các dạng của mô hình hàm đa thức: Mô hình nắn affine-3D, Mô

hình chuyển đổi tuyến tính trực tiếp, Mô hình chuyển đổi phép chiếu, Mô hình tham số, Mô hình hàm hữu tỷ

3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của nắn ảnh vệ tinh

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của nắn ảnh. Đó

là: độ phân giải của ảnh vệ tinh, mô hình toán học để nắn, độ chính

xác của điểm khống chế ảnh, số lượng điểm, đồ hình bố trí khống chế ảnh và độ chính xác của DEM.

3.5. Trộn ảnh

Trộn ảnh là một công nghệ kết hợp các loại ảnh với nhau để tạo ra

một lọai ảnh mang nhiều thông tin hơn để tăng cường khả năng phân tích - nhận biết các đối tượng trên ảnh. Việc trộn ảnh có thể thực hiện

giữa các loại ảnh có bản chất khác nhau như:

- Kết hợp ảnh toàn sắc và ảnh đa phổ (ảnh cùng loại) nhằm tạo ra

ảnh vừa có độ phân giải cao về phổ (màu) như ảnh đa phổ lại vừa có độ phân giải cao về không gian như ảnh toàn sắc;

12

- Kết hợp ảnh khác loại: Quang học và ảnh radar, phương pháp này

cho phép kết hợp các thông tin phản ánh đặc điểm về mặt hóa học của đối tượng (ảnh quang học) với các thông tin phản ảnh tính chất vật lý

của đối tượng (ảnh radar).

- Các phương pháp trộn màu cơ bản là: Phương pháp biến đổi hệ

màu IHS cải tiến (Modified IHS); Phương pháp phân tích thành phần chính (PCA- Principal Component Analysis); Phương pháp nhân ảnh

(Multiplicative); Phương pháp HPF (High Pass Filter); Phương pháp

biến đổi Brovey.

3. 6. Tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác của bình đồ ảnh

Tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác của bình đồ ảnh gồm:

- Độ chính xác về vị trí của các điểm khống chế ảnh:

Độ chính các này được xác định bằng cách so sánh của tọa độ

mặt phẳng X,Y của các điểm khống chế ngoại nghiệp và tọa độ mặt

phẳng x,y tương ứng của chúng trên bình đồ ảnh.

Gọi Xg,Yg là tọa độ của các điểm khống chế ngoại nghiệp, Xn, Yn là tọa độ mặt phẳng tương ứng của chúng đo được trên bình đồ ảnh.

ng

ng

YYY

XXX

(3. 1)

Sai số trung phương của độ lệch vị trí trên ảnh nắn là:

n

Sm

2

1

(3.2)

Trong đó: n là số điểm khống chế tham gia kiểm tra và 22 YXS

- Độ chính xác tiếp biên:

Độ chính xác tiếp biên được xác định thông qua các sai số của các địa vật cùng tên trên hai tấm ảnh kề nhau dọc theo vệt cắt, được đánh giá theo công thức sau:

n

lm

2

][ 2

2

(3.3)

Trong đó:

l : là độ lệch giữa điểm địa vật tương ứng trên vết cắt của 2 tờ

ảnh nắn kề nhau;

n: là số điểm kiểm tra tiếp biên hai mảnh bình đồ ảnh kề nhau

13

3. 7. Kết luận chương 3

- Bình đồ ảnh là sản phẩm gốc để thành lập bản đồ địa hình, là sản

phẩm cơ sở quan trọng để xác định các đối tượng địa lý trên bản đồ. Vì vậy, độ chính xác của bản đồ cần thành lập phụ thuộc rất nhiều vào

bình đồ ảnh;

- Để có bình đồ ảnh vệ tinh đạt độ chính xác cao phục vụ cho công

tác thành lập bản đồ thì phải quan tâm đến các yếu tố sau:

1. Lựa chọn mô hình nắn ảnh đối với khu vực địa hình phức tạp có

các địa hình đồi núi và đồng bằng.

2. Số lượng điểm khống chế ngoại nghiệp và đồ hình bố trí trên

cảnh ảnh đơn và trên khối ảnh.

3. Độ chính xác của mô hình số độ cao sử dụng để nắn ảnh vệ tinh khu vực có độ chênh cao lớn.

Chương 4. CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA

BÌNH ĐỒ TRỰC ẢNH TỶ LỆ LỚN TỪ ẢNH VỆ TINH ĐỘ

PHÂN GIẢI CAO

Trong nội dung chương 4, tác giả sẽ trình bày các nghiên cứu thử

nghiệm giải pháp nâng cao độ chính xác của bình đồ ảnh tỷ lệ lớn từ

ảnh vệ tinh độ phân giải cao trong trường hợp cụ thể sau:

1. Lựa chọn số lượng điểm và đồ hình bố trí điểm khống chế nắn ảnh trên một cảnh ảnh vệ tinh.

2. Mô hình nắn chỉnh hình học đối với khối ảnh (áp dụng với

những khu vực rộng gồm nhiều ảnh vệ tinh ghép lại).

3. Độ chính xác của bình đồ ảnh từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

khi sử dụng mô hình DEM.

4. Lựa chọn phương pháp trộn ảnh đảm bảo độ tương quan về giá

trị phổ của ảnh gốc và ảnh sau khi trộn.

4.1. Phân tích dữ liệu và khu vực thực nghiệm

4.1.1. Dữ liệu thực nghiệm

- WorldView - 2 để làm thực nghiệm cho cảnh ảnh đơn thuộc khu vực thành phố Bắc Giang. Tại khu vực này có kết quả của cơ sở dữ

liệu nền thông tin địa lý tỷ lệ 1: 2000.

- Quickbrid cho khối ảnh thuộc Đồng Tháp. Tại khu vực này có kết

quả của cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý tỷ lệ 1:5000.

- Dữ liệu khác (DEM, điểm khống chế, bình đồ ảnh số, bản đồ địa hình): được lấy từ Dự án “Thành lập cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý

14

ở tỷ lệ 1:10.000 gắn với mô hình số độ cao phủ trùm cả nước” và Dự

án “Thành lập cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý ở tỷ lệ 1:2.000, 1:5.000 các khu vực đô thị, khu vực công nghiệp, khu kinh tế trọng

điểm”.

4.1.2. Đặc điểm khu vực thực nghiệm

4.1.2.1. Khu vực ảnh đơn – Bắc Giang

Tư liệu thử nghiệm vùng Bắc Giang là tư liệu WorldView-2 với cảnh ảnh đơn. Dữ liệu WorldView-2 thử nghiệm mới được xử lý về hệ

tọa độ Geographic Lat/Lon WGS84 nên trên ảnh vẫn tồn tại những

ảnh hưởng của chênh cao địa hình gây ra.

4.1.2.2. Khu vực thực nghiệm – Đồng Tháp Mười.

Do địa hình của khu vực Đồng Tháp bằng phẳng, có nhiều vùng ngập nước nên việc đo đạc trực tiếp các điểm khống chế nắn ảnh gặp

khó khăn. Đồng thời khu vực thử nghiệm trải dài trên nhiều ảnh.Vì

vậy, đối với khu vực Đồng Tháp, tác giả thử nghiệm nắn khối ảnh và lựa chọn điểm khống chế từ tư liệu tăng dày khống chế ảnh tỷ lệ

1:5000.

Để đánh giá độ phụ thuộc giữa độ chính xác của bình đồ ảnh tỷ lệ

lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao và độ chính xác của mô hình DEM, tác giả thử nghiệm nắn khối ảnh khu vực Đồng Tháp với dữ

liệu DEM có độ chính xác là 0.4m.

4.2. Giải pháp số lượng, đồ hình bố trí điểm khống chế ảnh

4.2.1. Sơ đồ phương án bố trí điểm khống chế ảnh

4.2.1.1. Yêu cầu chọn điểm khống chế ảnh

Giải pháp lựa chọn điểm khống chế trong luận án là:

+ Dùng các điểm khống chế khống chế ảnh tọa độ, độ cao trong

quá trình thành lập CSDL. Các điểm khống chế trong quá trình thành

lập CSDL sẽ không còn tồn tại sai số thô; có toàn bộ ghi chú điểm; độ

tin cậy cao vì không còn đo sai và sai số nhận biết;

+ Dùng bình đồ ảnh trong CSDL;

4.2.1.2. Số lượng và đồ hình bố trí điểm khống chế ảnh

Trong nội dung của luận án, tác giả thử nghiệm số lượng điểm

khống chế ảnh ít nhất là 5 điểm, nhiều nhất là 30 điểm để hiệu chỉnh

ảnh. Sơ đồ phương án bố trí điểm khống chế nắn ảnh thể hiện trong (hình 4.1).

15

Hình 4.1. Sơ đồ phương án sử dụng điểm khống chế 4.2.2. Kết quả đánh giá độ chính xác

Như vậy, mục đích của quá trình nắn chỉnh hình học trong trường hợp thực nghiệm là: Tính chuyển ảnh từ hệ tọa độ trắc địa WGS 84 về

hệ tọa độ VN-2000 và hạn chế được các xê dịch vị trí điểm ảnh do

chênh cao địa hình gây ra. Tác giả thử nghiệm với nhiều dạng mô hình nắn chỉnh hình học dạng đa thức bao gồm hàm đa thức 3D, mô hình

chuyển đổi tuyến tính trực tiếp DLT, mô hình phép chiếu 3D và mô

hình hàm hữu tỷ với các phương án sử dụng số lượng điểm khống chế khác nhau và áp dụng độ cao trung bình khu vực. Kết quả thử nghiệm

được thể hiện trong (bảng 4.1) Bảng 4.1. Sai số trung phương vị trí điểm kiểm tra của mô hình nắn

chỉnh hình học (đơn vị mét)

Mô hình nắn chỉnh 5

điểm

6

điểm

7

điểm

9

điểm

13

điểm

20

điểm

21

điểm

25

điểm

30

điểm

40

điểm

3D

Bậc 1 0.85 0.61 0.58 0.58 0.57 0.56 0.43 0.42 0.35

Bậc 2 0.91 0.92 0.75 0.72 0.61

16

Bậc 3 0.92 0.85 0.65 0.58

DLT 2.59 1.01 0.41 0.39 0.42 0.43 0.37 0.28

Phép

chiếu

PT-3D

(P2=P4)

Bậc 1 2.65 0.71 0.61 0.52 0.49 0.51 0.47 0.42

Bậc 2 1.41 1.21 1.02 0.51

Bậc 3 0.62

Phép

chiếu

PT-3D

P2 ≠ P4

Bậc 1 1.32 0.81 0.71 0.65 0.61 0.55 0.41

Bậc 2 1.28 0.39 0.32 0.27

Bậc 3 0.22

Mô hình

hàm hữu

tỷ RFM

Bậc 1 1.15 1.11 0.97 0.89 0.86 0.80

Bậc 2 1.06 0.92 0.88 0.83 0.77 0.68

Bậc 3 0.85 0.87 0.83 0.76 0.60 0.28 0.21

Độ lệch chuẩn 1.16 0.33 0.27 0.24 0.31 0.25 0.22 0.18

Qua kết quả thể hiện trong (bảng 4.1), ta có kết luận như sau: * Về số lượng điểm khống chế nắn ảnh:

- Số lượng điểm khống chế ít nhất sẽ phụ thuộc vào số lượng tham

số của từng mô hình nắn chỉnh hình học.

- Đối với số lượng điểm khống chế ít từ 5 điểm ÷ 7 điểm thì nên sử dụng mô hình đa thức 3D bậc 1 cho độ chính xác ổn định ± 1pixel.

- Khi sử dụng số lượng điểm khống chế nắn nhiều hơn từ 9 điểm ÷

20 điểm thì nên sử dụng mô hình chuyển đổi tuyến tính trực tiếp DLT, cho độ chính xác ± 0.5pixel.

Số lượng điểm khống chế tối đa nên sử dụng đối với một cảnh ảnh đơn có kích thước 16.4km là 30 điểm. Vì với số lượng điểm khống

chế là 30 điểm đã đạt độ chính xác ±0.22m thỏa mãn yêu cầu thành

lập bình đồ ảnh tỷ lệ 1:5000. Nếu tăng số lượng điểm khống chế lên

cũng sẽ không làm tăng độ chính xác nắn ảnh.

* Về đồ hình bố trí điểm khống chế

- Đồ hình bố trí điểm khống chế nên trải đều trên toàn bộ ảnh. Qua

kết quả (bảng 4.3) ta thấy khi đồ hình điểm khống chế không có điểm

tại tâm ảnh (đồ hình 6 điểm) thì ta thấy sai số biến động từ ±0.61m ~ ±2.65m với giá trị độ lệch chuẩn là ±1.161m. Đối với các đồ hình có

điểm khống chế tại khu vực tâm ảnh cho độ lệch chuẩn của SSTP vị

trí điểm kiểm tra là ±0.175m ~ ±0.33m.

17

* Về lựa chọn mô hình nắn:

- Tác giả lựa chọn mô hình hàm số hữu tỷ RFM. Nếu sử dụng theo

mô hình hàm đa thức hữu tỷ để nắn đạt độ chính xác rất cao nếu như

ta tăng điểm khống chế.

4.3. Lựa chọn mô hình nắn với trường hợp khối ảnh

Kết quả thực nghiệm như sau:

- Ở đây áp dụng các hệ số đa thức hữu tỷ bậc 3. Kết quả như sau:

+ Sai số lớn nhất còn tồn tại của các điểm khống chế ≈ ±1.12pixel;

+ RMSExy điểm kiểm tra xấu nhất là ± 1.32 pixel,

+ RMSExy điểm khống chế và điểm kiểm tra sau bình sai đều < ±

1 pixel, lớn nhất là ± 0.93pixel, nhỏ nhất là ± 0.41 pixel.

- Sau khi nắn xong tiến hành kiểm tra chất lượng ảnh:

+ Kiểm tra độ trùng khớp về mặt phẳng giữa băng ảnh toàn sắc và

băng cảnh đa phổ của các cảnh ảnh.

+ Kiểm tra tiếp biên trong phần độ phủ chung giữa các cảnh ảnh.

+ Kiểm tra sai số vị trí điểm của các điểm khống chế và điểm kiểm

tra trên ảnh nắn.

4.4. Độ chính xác của bình đồ ảnh từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

khi sử dụng mô hình DEM.

Quá trình xử lý nắn ảnh bằng ảnh đơn Worlview 2 sử dụng dữ liệu

DEM như sau:

- DEM được thành lập bằng bay quét Lidar, phục vụ bản đồ địa hình 1:5000 độ chính xác 0.5m (lấy từ cơ sở dữ liệu nền thông tin địa

lý) với dãn cách mắt lưới là 10m x10m gọi tắt là DEM 5;

- DEM được thành lập bằng đo vẽ ảnh hàng không phục vụ thành

lập bản đồ 1:10000 chính xác 1m với dãn cách mắt lưới là 25m x 25

mọi tắt là DEM 10;

- Từ DEM2 với dãn cách mắt lưới là 2m x 2m là dữ liệu DEM gốc

được xây dựng từ dữ liệu quét Lidar;

- Từ DEM 1 với dãn cách mắt lưới là 1m x 1m là dữ liệu DEM

gốc được xây dựng từ dữ liệu quét Lidar.

Tương ứng với số lượng điểm khống chế khác nhau. Hình 4.2 chỉ

ra sai số trung phương RMSExy có giá trị đạt được như sau:

18

Hình 4.2. STP vị trí điểm của các điểm KC sử dụng DEM khác nhau

Từ hình 4.2 ta có:

- Với DEM10m ứng với số lượng điểm khống chế khác nhau thì

cho ta sai số trung phương khác nhau: RMSExy = ±1.912m, RMSExy

= ±1.531m, RMSExy = ±1.322m

- Với DEM5m sai số trung phương tương ứng là RMSExy = ±1.347m, RMSExy = ±1.201m, và RMSExy= ±0.781m.

- Với DEM2m sai số trung phương tương ứng là RMSExy = ±0.901m, RMSExy = ±0.673, và RMSExy= ±0.392m.

- Với DEM1m sai số trung phương tương ứng là RMSExy = ±0.811m, RMSExy = ±0.512m, và RMSExy= ±0.380m.

Kết luận:

- Độ chính xác giá trị độ cao của từng ô vuông của DEM tùy thuộc

độ dốc địa hình, cũng như mật độ dữ liệu địa hình đầu vào cho quá

trình xây dựng DEM. - Khi chúng ta xây dựng một mô hình DEM có độ phân giải quá

cao (kích thước pixel), chúng ta không tăng được độ chính xác nắn

ảnh, mà ngược lại, ảnh nắn ra sẽ bị méo, vặn, trượt pixel.

4.5. Lựa chọn phương pháp trộn ảnh với ảnh độ phân giải cao

Thử nghiệm các phương pháp trộn như sau: Phương pháp thành

phần chính (PCA); Phương pháp nhân ảnh (Multiplicative); Phương pháp chuyển đổi hệ màu IHS cải tiến; Phương pháp HPF (High Pass

Filter); Phương pháp biến đổi Brovey.

Phương pháp để đánh giá chất lượng phổ trên ảnh sau khi trộn

được phân tích thông qua 03 phương pháp: 4.5.1. Phương pháp so sánh chất lượng bằng mắt (hình 4.3)

19

a). Ảnh đa phổ gốc b) Ảnh gốc toàn sắc c) PCA

d) Nhân ảnh e) IHS cải tiến f) Brovey

g) HPF

Hình 4.3. Kết quả các phương pháp trộn ảnh

4.5.2. Phương pháp phân tích vào histogram

a)Ảnh gốc đa phổ gốc b) phương pháp PCA

c). Phương pháp nhân ảnh d). Phương pháp Brovey

20

e)Phương pháp IHS cải tiến f) Phương pháp HPF

Hình 4.4. Phân tích đồ thị Histogram của các phương pháp trộn ảnh

4.5.3 Phân tích các chỉ số đánh giá chất lượng phổ: Sử dụng phân tích các chỉ số đánh giá chất lượng phổ của ảnh sau trộn bao gồm chỉ số

Bias, chênh lệch Entropy, ERGAS

- Bias là độ lệch giữa giá trị trung bình của ảnh gốc và ảnh sau khi

trộn. Chất lượng tốt nhất sẽ có giá trị gần bằng 0:

1TB TB TB

TB TB

DP AT ATBias

DP DP

(4.1)

Trong đó: TBDP , TBAT là giá trị trung bình tương ứng của ảnh

đa phổ và ảnh trộn và được tính theo công thức: ij

1 m n

i j j i

TB xmn

- STD là độ lệch chuẩn tính trên mỗi kênh ảnh và được xác định

theo công thức:

1/2

2

,

1

1

1

n

i j TB

i

STD DP DPn

(4.2)

- Chênh lệch Entropy: Sự khác biệt về entropy trên ảnh gốc và trên ảnh trộn:

ipipip

ipxHn

i

n

i

CL 2

1

2

1

log1

log

(4.3)

Trong đó: )(ip là xác suất xảy ra của giá trị i.

- ERGAS (Relative dimensionless global error in synthesis) là một chỉ số đặc trưng cho chất lượng quá trình trộn ảnh dựa trên sai số

trung bình chuẩn hóa của mỗi kênh trên ảnh sau khi trộn. Tăng chỉ số

ERGAS đồng nghĩa với sự suy giảm hình ảnh trong quá trình trộn ảnh.

Chỉ số ERGAS được tính như sau:

21

1/22

21

1ER 100

n

i

dh RMSEGAS

dl n TB

(4.4)

Trong đó: dldh / là tỷ số kích thước pixel của ảnh toàn sắc và

ảnh đa phổ và N là số lượng kênh ảnh. RMSE là bình phương sai số

được tính theo công thức sau:

iiI BSTDBbiasBRMSE 22 (4.5)

- Chỉ số tương quan giữa 2 ảnh được tính theo công thức sau:

2 2

mn A mn B

m n

mn A mn B

m n

A TB B TB

Corr

A TB B TB

(4.6)

Bảng 4.2. Chỉ số đánh giá chất lượng phổ ảnh sau trộn

Phương pháp Bias HCL(x) ERGAS

PCA 1.0127 0.0053 21.1194

Multi 341.408 0.0040 25328.7

Modif HIS 0.6541 0.1476 8.0397

HPF 0.3922 0.1970 9.2486

Brovey 55.3270 0.0056 1153.3

Bảng 4.3. Chỉ số tương quan (Corr) của ảnh trước và sau khi trộn

Phương

pháp

Kênh 1

(Cận hồng ngoại)

Kênh 2

(Đỏ)

Kênh 3

(Xanh lá cây)

Giá trị

trung bình

PCA -0.0877 -0.0933 -0.0948 -0.0919

Multi 0.1987 0.4397 0.9342 0.5242

Modif HIS 0.9364 0.9382 0.8221 0.899

HPF 0.0267 0.0289 0.0229 0.0262

Brovey 0.0012 0.0002 0.0041 0.0021

Qua kết quả thể hiện trong (hình 4.3), (hình 4.4), (bảng 4.2) và (bảng 4.3) tác giả đề xuất lựa chọn phương pháp trộn ảnh cho tư liệu

thử nghiệm WorldView-2 khu vực Bắc Giang là phương pháp IHS cải

tiến. Phương pháp IHS cải tiến cho hình ảnh màu sắc tương tự như ảnh gốc. Đồ thị histogram của phương pháp IHS có dạng tương quan

22

với đồ thị Histogram của ảnh gốc. Đặc biệt chỉ số ERGAS của phương

pháp IHS là nhỏ nhất các chỉ số tương quan trong các kênh của ảnh gốc và ảnh sau trộn đều xấp xỉ bằng 1.

4.5. Xây dựng phần mềm đánh giá chất lượng bình đồ ảnh.

4.5.1. Sơ đồ khối của chương trình

Hình 4.5. Sơ đồ khối của chương trình

4.5.2. Công cụ của phần mềm - Được viết bằng bằng ngôn ngữ MDL cho ra file thực thi

(DanhGiaChatLuongBinhDoAnh*.ma) chạy trực tiếp trên

Microstation V7. - Viết riêng cho nền tảng Microstation V7.

Bắt đầu chương trình

Input n dòng DataPoint: DP[n]; i = 0;Sum2_dX = 0;Sum2_dY = 0; Sum2_dS = 0;

iSSTPx = 0;iSSTPy = 0;iSSTPs = 0;

Thực hiện nhập điểm kiểm tra sai số:

X = GetPoint().X;

Y = GetPoint().Y;

Xuất báo cáo sai số nắn ảnh

Kết thúc chương trình

Xuất báo cáo sai

số tiếp biên

Tiếp tục?

T

F

T

F

i <n?

Sum2_dX += pow(dX, 2);

Sum2_dY+= pow(dY, 2);

Sum2_dS += pow(dS, 2);

i = i + 1;

dX = fabs(X – DP[i].X);

dY = fabs(Y – DP[i].Y);

dS = sqrt(pow(dX, 2) + pow(dY, 2));

iSSTPx = sqrt(Sum2_dX / i);

iSSTPy = sqrt(Sum2_dY/ i);

iSSTPs = sqrt(Sum2_dS / i);

23

4.5.3. Tính năng

- Giúp người sử dụng đánh giá sai số nắn, tiếp biên ảnh; - Cho phép người sử dụng bắn các điểm dạng [TEXT] [X] [Y] [Z]

lên file (*.dgn) chuẩn;

- Cho phép người dùng duyệt kiểm tra lại tọa độ các điểm ảnh đã nắn;

- Chương trình sẽ xuất ra báo cáo sai số nắn ảnh và tiếp biên ảnh; - Chương trình hỗ trợ False X, Y trong hệ thống tọa độ cho các

sheetfile khác nhau.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

- Độ chính xác của bình đồ ảnh phụ thuộc nhiều vào mô hình toán

học sử dụng để nắn, số lượng và đồ hình phân bố điểm khống chế ảnh. Vì vậy, việc lựa chọn số lượng điểm và đồ hình phân bố phải phù hợp

với mô hình nắn ảnh.

Sản phẩm bình đồ ảnh là một sản phẩm rất quan trọng, được sử

dụng rộng rãi trong việc khai thác ảnh vệ tinh hiện nay. Để sản phẩm bình đồ ảnh phục vụ cho thành lập bản đồ tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ

phân giải cao đảm bảo độ chính xác về mặt hình học thì cần áp dụng

các giải pháp sau: 1. Số lượng và đồ hình bố trí của các điểm khống chế:

- Các điểm khống chế phải được phân bố đồng đều trên cảnh ảnh.

Yêu cầu cần phải có điểm tại tâm ảnh. - Số lượng điểm khống chế phụ thuộc vào số lượng tham số của

từng mô hình nắn chỉnh hình học. Tuy nhiên, số lượng điểm khống

chế ảnh tối đa không nên vượt quá 30 điểm (đối với cảnh ảnh có kích

thước 16.4km) 2. Nên lựa chọn nắn khối ảnh đối với khu vực nghiên cứu nằm trên

nhiều ảnh:

Trong quá trình nắn khối ảnh vệ tinh thì cần tăng cường sự liên kết giữa cảnh ảnh cần nắn chỉnh với khối ảnh xung quanh, bằng cách chọn

các điểm chung nối dải, nối cảnh, đưa mô hình cảnh ảnh đơn vào tính

toán bình sai cùng với khối tam giác ảnh không gian vệ tinh khác

trong vùng. 3. Việc lựa chọn mô hình toán học

- Đối với các dữ liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao thì mức xử lý

thường chỉ là hiệu chỉnh bức xạ và chuyển về hệ tọa độ trắc địa

WGS84. Do đó, mô hình nắn chỉnh hình học nên sử dụng là mô hình

24

hàm đa thức hữu tỷ RFM – bậc 3 sử dụng các hệ số RPC được cung

cấp cùng dữ liệu ảnh (hoặc được tính toán từ một số lượng các điểm khống chế nhất định) cho kết quả tốt và ổn định hơn những mô hình

toán học còn lại.

4. Việc sử dụng cơ sở dữ liệu 1:2000 và 1:5000 (bình đồ ảnh, mô

hình số độ cao, điểm khống chế, điểm tăng dày) hoàn toàn đáp ứng được việc thành lập bình đồ ảnh tỷ lệ lớn (1:5000) từ ảnh vệ tinh độ

phân giải cao.

Khi sử dụng DEM để nắn ảnh thì DEM nên xây dựng có kích

thước ô vuông lớn hơn hoặc bằng 4 lần kích thước pixel ảnh cần nắn là tối ưu cả về mặt kinh tế (chi phí xây dựng DEM) và cả về mặt kỹ

thuật (đảm bảo được độ chính xác của ảnh nắn)

5. Cần lựa chọn phương pháp trộn ảnh phù hợp với từng loại tư

liệu. Việc kiểm tra, đánh giá chất lượng của phương pháp trộn ảnh đòi hỏi cần thông qua các chỉ số đánh giá về chất lượng phổ và đồ thị

histogram của ảnh sau khi trộn để đảm bảo tính khách quan trong quá

trình đánh giá, kiểm tra.

6. Chương trình Đánh giá chất lượng của bình đồ ảnh

Là một chương trình rất thuận lợi cho việc đánh giá chất lượng bình đồ ảnh, chương trình có thể được sử dụng ở cơ sở sản xuất để

kiểm tra nghiệm thu sản phầm bình đồ ảnh được xây dựng từ ảnh viễn

thám, thậm chí ngay cả bình đồ ảnh được xây dựng từ ảnh máy bay

Kiến nghị

Để có thể giúp giảm được thời gian, nâng cao giá trị của CSDL nền

thông tin địa lý trong công tác nắn ảnh vệ tinh, kiến nghị bổ sung vào

các gói thông tin như sau:

Hiện nay nội dung của gói Cơ sở gồm 35 nội dung (theo mô hình cấu trúc của bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành) nhưng trong đó

không có nội dung của các điểm khống chế. Vì vậy, cần bổ sung thêm:

+ Tọa độ, độ cao và ghi chú của điểm khống chế;

+ File kết quả tăng dày.

+ Bình đồ ảnh là một sản phẩm rất quan trọng không phải trong lĩnh vực đo đạc bản đồ mà còn ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác. Vì

vậy, cần thêm một gói thông tin “Bình đồ ảnh”.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN

1. Trần Đình Trí, Đỗ Thị Hoài, (2008), Khả năng nâng cao độ chính

xác ghép ảnh trực giao để tạo bình đồ trực ảnh, Tạp chí địa

chính số 4-8/2008 tr 41-43, Hà Nội.

2. Đỗ Thị Hoài, Trần Thị Trang, Phạm Thị Hồng Lam, Nguyễn Thị

Ngọc Hồi, (2010), Kết hợp sử dụng các tư liệu ảnh hàng không,

bản đồ địa hình và ảnh viễn thám để xây dựng cơ sở dữ liệu nền

địa lý, Tạp chí khoa học Đo đạc và bản đồ số 5 - 9/2010 tr 23-

28, Hà Nội.

3. Đỗ Thị Hoài, (2010), Kết hợp sử dụng các tư liệu ảnh hàng không,

bản đồ địa hình và ảnh viễn thám để xây dựng cơ sở dữ liệu nền

địa lý tỉnh Quảng Ngãi, Đề tài nghiên cứu Khoa học cấp cơ sở,

Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội.

4. Đỗ Thị Hoài, Trần Thanh Hà, Trần Thị Hòa (2010), Công tác

thành lập bình đồ ảnh phục vụ cho thành lập và hiện chỉnh bản

đồ, Tuyển tập Báo cáo hội nghị Khoa học lần thứ 19, Đại học

Mỏ - Địa chất, tr 67 - 70, Hà Nội.

5. Đỗ Thị Hoài, (2014), Nghiên cứu về nắn ảnh vệ tinh sử dụng cơ sở

dữ liệu nền thông tin địa lý, Hội nghị Khoa học và Công nghệ

Trắc địa và bản đồ vì hội nhập Quốc tế, tr 217 - 222, Hà Nội.

6. Đỗ Thị Hoài, (2016), Giải pháp lựa chọn phương pháp trộn ảnh

đối với ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao (WorldView -

2), Tạp chí khoa học Đo đạc và bản đồ số 28 - 6/2016 tr 22-28,

Hà Nội.