meo_con_an_chuot_beo
New Member
Download miễn phí Thành lập DEM/DTM DSM bằng công nghệ LiDAR
Các tín hiệu địa hình được tách ra khỏi nhóm tín hiệu địa vật sẽlà sốliệu cần thiết để
thành lập mô hình số độcao DEM (Digital Elevation Model). Nếu sửdụng đồng thời các số
liệu địa hình và địa vật, chúng ta có thểkhôi phục lại mô hình sốbềmặt DSM (Digital
Surface Model) của khu vực địa hình. Các sốliệu địa vật nhà cửa sẽ được sửdụng mô
phỏng không gian 3D thành phố. Các sốliệu địa vật cây cối sẽsửdụng trong quy hoạch và
bảo vệrừng. Trên thịtrường thếgiới, nhiều công ty sản xuất và chếtạo hệthống LiDAR với
các phần mềm có thểtiến hành tự động hoá (tới 95%) lọc các sốliệu địa hình địa vật.
Chuyên mục này, chúng tôi giới thiệu đại cương vềthuật toán lọc trong “hộp đen” phần mềm
của hệthống LiDAR.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
1THÀNH LẬP DEM/DTM DSM BẰNG CÔNG NGHỆ LiDAR
TSKH. LƯƠNG CHÍNH KẾ
Viện Đo ảnh và Bản đồ
ĐH Bách Khoa Vacsava
Email: [email protected]
TÓM TẮT:
Do có nhiều ưu điểm, công nghệ LiDAR ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công tác nghiên cứu địa
hình, trước hết phục vụ thành lập DEM/DTM và DSM với độ chính xác cao, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết
và cung cấp sản phẩm trong thời gian ngắn. Bài báo trình bầy những nội dung đại cương cơ bản về công nghệ
LiDAR bao gồm các phần: giới thiệu hệ thống LiDAR với các thông số kỹ thuật; đặc biệt nhấn mạnh công đoạn
xử lý số liệu LiDAR; và sau cùng là kết quả ứng dụng LiDAR để thành lập DSM, DEM/DTM.
1. MỞ ĐẦU
Công nghệ LiDAR (Light Detecting And Ranging) hay còn gọi là công nghệ đo dài bằng
la-de từ máy bay ALR (Airborne Laser Ranging) phục vụ cho công tác nghiên cứu địa hình
bắt đầu vào những năm thập niên 90 của kỷ nguyên XX. Bản thân kỹ thuật la-de đã được
phát minh và ứng dụng trong các ngành kỹ thuật từ những năm 60, 70, 80 của kỷ nguyên
trước. Vào đầu những năm 90, kỹ thuật la-de được NASA (Mỹ) đưa vào ứng dụng trong
công tác nghiên cứu địa hình. Kỹ thuật ALR ngày càng được cải tiến cả về thiết bị lẫn công
nghệ. Do vậy, kỹ thuật la-de có giá thành ngày càng giảm. Các hệ thống LiDAR thương mại
ứng dụng vào địa hình của nhiều hãng sản xuất chế tạo đã có sức cạnh tranh mạnh trên thị
trường thế giới vào cuối những năm 90 của thế kỷ XX.
Nắm bắt xu thế phát triển công nghệ LiDAR, tổ chức Đo ảnh thực nghiệm châu Âu
OEEPE trong khuôn khổ của tổ chức Đo ảnh thế giới ISPRS, đã thành lập nhóm nghiên cứu
ứng dụng LiDAR trong lĩnh vực địa hình vào mùa Xuân 1998. Hội thảo khoa học chuyên đề
đầu tiên về công nghệ LiDAR "Mapping Surface structure and topography by airborne and
spaceborne lasers" của tổ chức ISPRS do nhóm WG III/5 và 2 đã tổ chức tại La Jolla, USA
từ ngày 9 - 11 tháng11/1999. Trong hội nghị đã có trên 25 báo cáo khoa học xung quanh
ứng dụng công nghệ LiDAR. Kể từ năm 1999 cho tới nay, hàng năm ISPRS tiến hành tổ
chức hội thảo khoa học về chuyên đề LiDAR. Năm 2005 vừa qua (từ 12 đến 14 tháng 9), hội
thảo do nhóm WG III/3-4 V/3 của ISPRS tổ chức tại Hà Lan dưới đầu đề: "Laser Scanning
2005". Số báo cáo khoa học trong hội nghị là 39. Các báo cáo khoa học trong hội thảo tập
trung vào các vấn đề sau:
• Cải tiến và hoàn thiện hệ thống LiDAR nhằm nâng cao độ chính xác, mở rộng tính toàn
năng và giảm giá thành của thiết bị.
• Đánh giá độ chính xác thành lập DEM/DTM (Digital Elevation Model / Digital Terrain
Model), DSM (Digital Surface Model), mô phỏng 3D ( 3-Dimensions) thành phố.
• Kết hợp số liệu LiDAR với các số liệu khác, như với ảnh hàng không số, InSAR
(Interferometer Synthetic Aperture Radar).
• Đánh giá hiệu quả kinh tế (giá thành và thời gian) ứng dụng LiDAR vào các mục đích
khác nhau như trong kiến trúc, giao thông, viễn thông, v.v.
Ưu điểm nổi bật của LiDAR cho công tác nghiên cứu địa hình là số liệu LiDAR có độ
chính xác cao. Cụ thể, sai số mặt bằng và độ cao toạ độ điểm đạt mX,Y,Z = ±0,15m – ±0,30m
cho vùng địa hình cứng (không có thực, vật phủ); mZ = ±0,5m cho vùng địa hình mềm (có
thực, vật phủ) và mZ = ±0,75m cho các vùng địa hình đồi núi [4]. Thời gian thu nhận thông tin
về địa hình tiến hành rất nhanh với 5000 điểm quét có toạ độ không gian ba chiều X, Y, Z
trong vòng một giây. Mật độ điểm quét ở dạng lưới ô vuông GRID với cạnh có thể điều chỉnh
từ vài đề-xi-mét đến 10m.
Ngay từ năm đầu của kỷ nguyên XXI, chi phí của LiDAR để thành lập DEM đã được đánh
giá [10] ước chừng 200USD/1km2 cho vùng địa hình khoảng 100km2. Chi phí này tăng khi
khu vực thành lập DEM bằng LiDAR nhỏ hơn 100km2, và giảm đáng kể cho vùng địa hình có
2
diện tich rộng trên 100km2. Giá thành DEM còn phụ thuộc vào lấy mẫu thực địa (kích cỡ
cạnh ô vuông của lưới GRID, hay độ dài cạnh tam giác của lưới TIN).
Độ chính xác của DEM phụ thuộc vào 4 yếu tố: mật độ điểm, độ chính xác toạ độ điểm,
mô hình toán học thành lập DEM và tính phức tạp của địa hình [1, 10, 11]. Do ưu điểm của
LiDAR nêu ở trên, DEM xây dựng từ LiDAR có độ chính xác cao. Nếu mật độ điểm quét lớn
hơn 1điểm/m2, DEM của địa hình cứng có thể đạt độ chính xác mZ = ±0,05m [4].
Bài báo giới thiệu đại cương về công nghệ LiDAR với các nội dung chính: nguyên lý hoạt
động hệ thống LiDAR và xử lý số liệu LiDAR để thành lập DEM/DTM, DSM.
2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG LiDAR
LiDAR gồm nhiều hệ thống liên kết với nhau, trước hết cần kể đến thiết bị (T/B) đo dài la-
de đặt trên máy bay, cho phép đo khoảng cách D từ máy bay đến điểm địa vật hay địa hình.
Thiết bị la-de có thể quét tuyến địa hình với độ rộng từ vài chục mét tới vài trăm mét, nhờ
tấm gương quay. Tấm gương gắn ở phần đầu của thiết bị quét bẻ chùm tia la-de hướng về
bề mặt địa hình. Tia la-de hoạt động theo nguyên lý xung điện (có loại theo nguyên lý sóng)
có tần số lớn tới vài kHz phát ra từ nguồn sáng la-de. Phần năng lượng phản hồi từ bề mặt
địa hình hay địa vật qua hệ thống quang học được ghi thu lại. Trên cơ sở biết thời gian (t)
phản hồi của tín hiệu từ bề mặt địa hình về thiết bị ghi thu và tần số của xung điện (v) chúng
ta sẽ xác định được khỏang cách D từ điểm địa hình hay địa vật đến máy bay tại thời điểm
quét. Thiết bị đo dài la-de hoạt động trong dải phổ hồng ngoại, cận hồng ngoại với bước
sóng tới 1540nm. Độ chính xác đo khoảng cách bằng la-de có thể đạt với sai số mD = ±1cm.
Hoạt động đồng thời với thiết bị quét la-de là hệ thống thu GPS (Global Positioning
System) nhằm xác định vị trí không gian X, Y, Z của thiết bị quét la-de đặt trên máy bay tại
thời điểm quét. Nhờ kỹ thuật đo dGPS (với trạm GPS mặt đất), hiệu số toạ độ không gian
giữa thiết bị quét la-de trên máy bay và trạm GPS mặt đất sẽ được xác định trong hệ thống
toạ độ lựa chọn. Kỹ thuật dGPS có thể đạt độ chính xác xác định toạ độ điểm với sai số
±10cm.
Cùng làm việc với thiết bị quét la-de và hệ thống thu GPS là hệ thống điều khiển hàng
hướng INS (Inertial Navigation System). Hệ thống INS thực hiện nhiệm vụ đo gia tốc theo 3
hướng X, Y, Z và góc nghiêng của máy bay, cho phép xác định góc phương vị (ψ) của tia
quét la-de tại thời điểm quét.
Toạ độ không gian X, Y, Z của điểm địa vật hay địa hình sẽ được xác định dựa vào độ
dài (D) và góc phương vị tương ứng (ψ), trong hệ thống toạ độ lựa chọn GPS. Hình 1 giới
thiệu nguyên lý làm việc của hệ thống LiDAR.
Hình 1: Nguyên lý hoạt động hệ thống LiDAR
3
3. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG LiDAR
Hệ thống LiDAR gồm hai phần: phần hoạt động trên không (trên máy bay) và phần làm
việc trên mặt đất (Hình1). Phần hệ thống làm việc trên không bao gồm:
• Thiết bị quét la-de LRF (Laser Range Finder),
• Hệ thống định vị toàn cầu GPS,
• Hệ thống hàng hướng INS,
• Máy chụp ảnh hay máy quay video
• Hệ thống ghi thu số liệu tín hiệu,
• Hệ thống điều hành bay,
Phần hệ t...