hoang_minh_hanh
New Member
Luận văn: Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình : Luận văn ThS. Địa lý tự nhiên: 60 44 76
Nhà xuất bản: ĐHKHTN
Ngày: 2011
Chủ đề: Ảnh vệ tinh
Bản đồ
Hiện chỉnh bản đồ
Xử lý ảnh
Miêu tả: 109 tr. + CD-ROM
Luận văn ThS. Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý -- Trường Đại học Khoa học tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011
Tổng quan về ảnh vệ tinh; bình đồ ảnh và bình đồ ảnh vệ tinh. Nghiên cứu xử lý ảnh vệ tinh trong hiện chỉnh bản đồ và đưa ra phương pháp xử lý ảnh vệ tinh SPOT trong hiện chỉnh bản đồ: Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh SPOT; Tăng cường chất lượng ảnh; Phân loại ảnh (Image classification). Đưa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh: Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác bình đồ ảnh; Mô hình vật lý và mô hình hàm số hữu tỷ sử dụng để nắn ảnh. Thực nghiệm nắn ảnh vệ tinh sử dụng mô hình vật lý với ảnh vệ tinh SPOT5. Phân tích, đánh giá độ chính xác ảnh nắn sử dụng mô hình vật lý
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH VÀ BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH ........4
1.1 Ảnh vệ tinh .................................................................................................................4
1.1.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám ..............................................................4
1.1.2 Lý thuyết phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên............................................5
1.1.2.1 Bức xạ điện từ ................................................................................................5
1.1.2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên ......................................8
1.1.3 Đặc điểm chung của ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh) ...........................................12
1.1.4 Khả năng lý thuyết để thành lập bản đồ của ảnh vệ tinh ................................13
1.1.5 Mối liên hệ giữa dung lượng thông tin của ảnh và của bản đồ ......................17
1.1.6 Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh .................................................................20
1.1.6.1 Ảnh SPOT Panchromatic phân giải 10m.....................................................20
1.1.6.2 Ảnh SPOT 5 màu tự nhiên phân giải 2.5m ..................................................22
1.1.6.3 Ảnh Quickbird độ phân giải 0.6m................................................................23
1.2 Bình đồ ảnh và bình đồ ảnh vệ tinh .......................................................................25
1.2.1 Bình đồ ảnh........................................................................................................25
1.2.2 Độ chính xác của bình đồ ảnh ..........................................................................26
1.2.3 Bình đồ ảnh vệ tinh............................................................................................26
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH TRONG HIỆN CHỈNH BẢN
ĐỒ .......................................................................................................................................28
2.1 Bản đồ và sự cũ đi của nó........................................................................................28
2.2. Mục đích, yêu cầu làm hiện chỉnh........................................................................29
2.3 Các phƣơng pháp hiện chỉnh bản đồ địa hình ......................................................31
2.3.1 Hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không........................................31
2.3.2 Hiện chỉnh từ tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn hơn..................................................33
2.3.3 Hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa..................................................................33
2.3.4 Hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh vệ tinh.....................................................34
2.3.4.1 Một số vệ tinh...............................................................................................34
2.3.4.2 Các chuẩn giải đoán ảnh vệ tinh .................................................................34
2.4 Một số thông tin về ảnh vệ tinh SPOT và QUICKBIRD .....................................35
2.4.1 Ảnh SPOT ..........................................................................................................35
2.4.2 Ảnh QUICKBIRD..............................................................................................37
2.5 Phƣơng pháp xử lý ảnh vệ tinh SPOT trong hiện chỉnh bản đồ .........................38
2.5.1 Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh SPOT ............................................................38
2.5.1.1 Các mức xử lý ảnh SPOT.............................................................................38
2.5.1.2 Hiệu chỉnh hình học (nắn ảnh mức 1B).......................................................39
2.5.1.3 Nắn chỉnh ảnh SPOT ở mức 2 và mức 3......................................................41
2.5.2 Tăng cường chất lượng ảnh..............................................................................45
2.5.2.1 Các kỹ thuật làm tăng cường độ tương phản (Contrast manipulation).......45
2.5.2.2 Các kỹ thuật thao tác với đối tượng không gian (Spatial feature
manipulation)...........................................................................................................47
2.5.2.3 Các kỹ thuật thao tác đa ảnh (Multi-Image Manipulation).........................48
2.5.3 Phân loại ảnh (Image classification)................................................................51
CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC
BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH.................................................................................................522
3.1. Các nguồn sai số ảnh hƣởng đến độ chính xác bình đồ ảnh ..............................54
3.1.1 Sai số trong quá trình thu nhận ảnh vệ tinh ...................................................54
3.1.1.1 Các nguyên nhân gây méo hình ảnh vệ tinh ................................................54
3.1.1.2 Khả năng loại trừ các sai số........................................................................55
3.1.2 Sai số trong quá trình xử lý ảnh vệ tinh ..........................................................56
3.1.2.1 Độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh....................................................57
3.1.2.2 Mô hình toán học sử dụng để nắn ảnh.........................................................57
3.1.2.3 Độ chính xác khống chế ảnh........................................................................58
3.1.2.4 Đồ hình và số lượng điểm khống chế ảnh....................................................59
3.1.2.5 Mô hình số độ cao........................................................................................59
3.2 Mô hình vật lý và mô hình hàm số hữu tỷ sử dụng để nắn ảnh...........................61
3.2.1 Mô hình vật lý ....................................................................................................61
3.2.2 Mô hình hàm số hữu tỷ ....................................................................................63
3.3 Thực nghiệm và các kết quả ...................................................................................65
3.3.1 Mục đích và nội dung thực nghiệm ..................................................................65
3.3.1.1 Mục đích ......................................................................................................65
3.3.1.2 Nội dung tiến hành.......................................................................................65
3.3.2 Thực nghiệm nắn ảnh vệ tinh sử dụng mô hình vật lý với ảnh vệ tinh SPOT5
.....................................................................................................................................66
3.3.2.1 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với số điểm KC khác nhau ...................66
3.3.2.2 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với điểm KC không rải đều trên ảnh....68
3.3.2.3 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan theo khối ảnh có góc nghiêng chụp ảnh
lớn với số lượng điểm KC khác nhau.......................................................................70
3.3.2.4 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan sử dụng mô hình số DEM khác nhau...72
3.3.3 Phân tích, đánh giá độ chính xác ảnh nắn sử dụng mô hình vật lý ...............76
3.3.3.1 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với số lượng điểm KC khác nhau.........76
3.3.3.2 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với điểm KC không rải đều trên cảnh
ảnh vệ tinh 271308/5................................................................................................77
3.3.3.3 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan theo khối ảnh có góc nghiêng chụp ảnh
lớn với số lượng điểm khác nhau.............................................................................78
3.3.3.4 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan sử dụng mô hình số DEM khác nhau...79
3.3.4 Sử dụng mô hình hàm hữu tỷ ...........................................................................81
KẾT LUẬN.........................................................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................87
PHỤ LỤC............................................................................................................................88
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiDANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1- Phân loại sóng điện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám .............7
Bảng 1.2-Độ phân giải không gian của dữ liệu ảnh viễn thám.................................15
Bảng 1.3 –Độ lớn pixel thực địa ứng với từng tỷ lệ bản đồ.....................................19
Bảng 3.1 – Giá trị độ cao và giá trị chênh cao địa hình lớn nhất cho phép ứng với
từng giá trị góc nghiêng chụp ảnh ............................................................................61
Bảng 3.2 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp ..................................67
Bảng 3.3 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp ..................................71
Bảng 3.4 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp ..................................74
Bảng 3.5 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp ..................................75DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1- Các kênh phổ sử dụng trong viễn thám ......................................................4
Hình 1.2 - Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám .........................................5
Hình 1.3 - Bức xạ điện từ............................................................................................6
Hình 1.4 - Đường cong đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên ...............9
Hình 1.5 - Mô tả về độ phân giải không gian của ảnh ..............................................14
Hình 1.6 - Một số hình ảnh về độ phân giải không gian ảnh viễn thám ...................16
Hình 2.1 – Vị trí của các vệ tinh SPOT trên quỹ đạo ...............................................35
Hình 2.2 - Vệ tinh QUICKBIRD ..............................................................................37
Hình 2.3 – Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên .............................49
Hình 2.4 - Hình ảnh chỉ số thực vật NDVI bề mặt trái đất theo MODIS .................50
Hình 3.1 - Các dạng méo hình do ảnh hưởng của các nguồn ...................................55
"sai số trong" bộ cảm biến.........................................................................................55
Hình 3.2 - Các dạng méo hình do ảnh hưởng của các nguồn ..................................55
"sai số ngoài" bộ cảm biến ........................................................................................55
Hình 3.3 - Xê dịch vị trí điểm trên ảnh nắn do sai số độ cao của mô hình số độ cao
hay do ảnh hưởng của chênh cao giữa điểm địa hình và mặt phẳng nắn ảnh .........59
Hình 3.4 - Sơ đồ điểm khống chế..............................................................................66
Hình 3.5 - Mô hình số địa hình khu vực ...................................................................66
Hình 3.6 - Đồ thị sai số đối với ảnh SPOT- Pan 2.5m............................................68
Hình 3.7 - Sơ đồ điểm khống chế..............................................................................69
Hình 3.8 - Mô hình số địa hình khu vực ...................................................................69
Hình 3.9 - Sơ đồ điểm khống chế..............................................................................71
Hình 3.10 - Mô hình số địa hình khu vực .................................................................71
Hình 3. 11 - Đồ thị sai số trung phương vị trí điểm đối với khối ảnh vệ tinh ..........72
Hình 3.12 - Sơ đồ điểm khống chế cảnh 271307 và 271308 ....................................73
Hình 3.13 - Mô hình số địa hình cảnh 271307 và 271308........................................73
Hình 3.14 - Đồ thị sai số sử dụng DEM25 và DEM50 cảnh ảnh 271308 ................74
Hình 3.15 - Đồ thị sai số khi sử dụng DEM25 và DEM50 cảnh ảnh 271307 ..........75
Hình 3.16 - Các phương án số lượng điểm KC khác nhau .......................................76
Hình 3.17 - Đồ hình bố trí điểm theo.......................................................................77
phương án 1...............................................................................................................77
Hình 3.18 - Đồ hình bố trí điểm theo........................................................................77
phương án 2...............................................................................................................77
Hình 3.19 - Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh ................................................78
Hình 3.20 - Các phương án điểm KC trên cảnh ảnh 271308....................................79
Hình 3.21 - Các phương án điểm KC trên cảnh ảnh 271307....................................80
Hình 3.22 - Các phương án điểm KC và điểm kiểm tra sử dụng mô hình RFM ......81
Hình 3.23 - Đồ thị tổng hợp sử dụng các bậc với số lượng điểm KC khác nhau .....82
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiBẢNG MÔ TẢ CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Mô tả
DEM Digital Elevation Model - Mô hình số địa hình
DN Digital Number
Điểm KC Điểm khống chế
Điểm KCA Điểm khống chế ảnh
GSD Ground sampling distance – Độ lớn pixel thực địa
NDVI Normalized Difference Vegetation Index – Chỉ số
thực vật khác biệt
RFM Rational Function Model - Mô hình hàm số hữu tỷ
RVI Ratio vegetation index – Chỉ số thực vật tỷ lệ
SAVI Soil adjusted vegetation index – Chỉ số thực vật
điều chỉnh
Sai số TPTB Sai số trung phương trung bình
Tăng dày KCA Tăng dày khống chế ảnh1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đã từ lâu, bản đồ là công cụ rất cần thiết trong các hoạt động điều tra, quy
hoạch tài nguyên thiên nhiên cũng như phát triển kinh tế xã hội. Bản đồ sau một
thời gian sử dụng sẽ bị cũ đi, chất lượng suy giảm, thông tin trên bản đồ bị lạc hậu
không phản ánh đúng hiện trạng trên bề mặt đất nên cần được hiện chỉnh hoặc
thành lập mới.
Thành lập mới bản đồ thường rất tốn kém và mất nhiều thời gian. So với
thành lập mới, việc hiện chỉnh bản đồ giúp cho việc cung cấp thông tin cập nhật một
cách nhanh chóng hơn, với chi phí thấp hơn.
Đối với bản đồ địa hình, tuỳ từng trường hợp vào tỷ lệ bản đồ và từng khu vực để xác
định khu vực cần hiện chỉnh. Đối với những vùng ít thay đổi như đồi núi, có thể sau
5 - 10 năm tiến hành hiện chỉnh một lần. Đối với những vùng có nhiều biến động
như đô thị, khu công nghiệp, vùng ven biển thời gian có thể tiến hành hiện chỉnh 3 -
5 năm một lần. Chu kỳ hiện chỉnh đối với các loại bản đồ tỷ lệ nhỏ thuờng dài hơn
so với bản đồ tỷ lệ lớn, nhưng khu vực cần hiện chỉnh thường lớn hơn và mang tính
chất khu vực. Nhu cầu hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn thường tập trung ở những vùng
trọng điểm có nhiều hoạt động kinh tế xã hội nhưng diện tích hiện chỉnh thường nhỏ
hơn. Nếu các đối tượng trên thực tế thay đổi > 40% thì nên thành lập mới thay vì
hiện chỉnh.
Hiện nay ở Việt Nam, có một số phương pháp hiện chỉnh bản đồ thường
được sử dụng như: phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa, phương pháp sử
dụng ảnh hàng không, phương pháp liên biên từ bản đồ lớn hơn,…Các phương pháp
này có ưu điểm là độ chính xác tương đối cao nhưng nhược điểm là giá thành cao,
thời gian thi công kéo dài, diện tích phủ trùm không lớn, phải có bản đồ tỷ lệ lớn
hơn mới thành lập được,…
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật thu nhận
thông tin từ xa và xử lý ảnh đã làm cho công nghệ viễn thám được ứng dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực. Ảnh vệ tinh ngày càng xuất hiện nhiều trên thế giới và Việt
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi2
Nam. Ảnh vệ tinh có ưu điểm: Diện tích phủ trùm lớn, tính đồng bộ về thông tin
cao, cho phép tiến hành hiện chỉnh trên khu vực rộng lớn, ảnh vệ tinh sử dụng nhiều
kênh phổ khác nhau cho ra các thông tin đa dạng về các đối tượng, khả năng chụp
lặp cao phù hợp với việc theo dõi các biến động theo thời gian, có khả năng quan
sát được những khu vực đi lại khó khăn hay thậm chí không đến được, các loại ảnh
vệ tinh hiện nay rất đa dạng từ độ phân giải thấp, trung bình, cao đến siêu cao, cho
phép hiện chỉnh bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau từ nhỏ đến lớn.Với những ưu điểm đó
ảnh vệ tinh trở thành công cụ hiệu quả nhất phục vụ công tác hiện chỉnh các loại
bản đồ. Trong công tác hiện chỉnh bản đồ người ta thường sử dụng bình đồ ảnh
được thành lập từ ảnh vệ tinh. Trên bình đồ ảnh vệ tinh, các thông tin về các đối
tượng địa lí có thể được khai thác trực tiếp trên đó để phục vụ cho mục đích hiện
chỉnh.
Để có được bình đồ ảnh, ảnh vệ tinh phải được nắn chỉnh nhằm loại trừ hay
hạn chế các ảnh hưởng của rất nhiều nguyên nhân khác nhau tới vị trí từng điểm
ảnh, phải đưa về tỷ lệ bản đồ cần hiện chỉnh trong cùng một hệ quy chiếu, cùng một
hệ tọa độ của bản đồ. Độ chính xác của bản đồ sau khi hiện chỉnh, độ tin cậy của
thông tin khai thác được phụ thuộc vào độ chính xác của bình đồ ảnh, hay nói một
cách khác đi là độ chính xác của quá trình nắn ảnh vệ tinh.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó tui chọn đề tài nghiên cứu:
"Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh phục
vụ công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình".
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài là nghiên cứu cơ sở khoa học và thực nghiệm của quá
trình nắn ảnh, tạo bình đồ ảnh nhằm đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính
xác bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ công tác hiện chỉnh bản đồ.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Do sự hạn chế về tư liệu ảnh vệ tinh, đối tượng nghiên cứu của luận văn là
các loại ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình phục vụ trong công tác hiện chỉnh
bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình.3
4. Nội dung nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu những khái niệm cơ bản về viễn thám, bình
đồ ảnh, bình đồ ảnh vệ tinh, các bước thành lập bình đồ ảnh bằng tư liệu ảnh vệ
tinh, chủ yếu là công đoạn nắn ảnh từ đó lựa chọn, đề xuất các giải pháp kỹ thuật tối
ưu nhằm nâng cao độ chính xác trong công tác thành lập bình đồ ảnh.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài đặt ra, tác giả áp dụng phương pháp
nghiên cứu như sau: thu thập thông tin, tài liệu hiện có tìm hiểu khả năng lý thuyết,
đặc tính kỹ thuật của một số ảnh vệ tinh hiện có ở Việt Nam nhằm khảo sát ảnh
hưởng của các yếu tố tới độ chính xác của nắn ảnh như độ chính xác điểm khống
chế ảnh, số lượng điểm khống chế sử dụng trong mô hình và phân bố đồ hình của
chúng, mô hình nắn chỉnh hình học và mô hình số độ cao để đảm bảo cho việc nắn
ảnh đạt độ chính xác hình học cao. Nghiên cứu độ chính xác đạt được cho việc
thành lập bình đồ ảnh vệ tinh. Trên cơ sở các nghiên cứu, đề xuất các giải pháp kỹ
thuật tối ưu cho việc thành lập bình đồ ảnh.
6.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về mặt khoa học, đề tài nghiên cứu góp phần giúp học viên nắm chắc những
kiến thức cơ bản về viễn thám cũng như các kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh và các bước
cũng như phương pháp thành lập bình đồ ảnh từ tư liệu ảnh vệ tinh. Bên cạnh đó kết
quả nghiên cứu của luận văn góp phần đánh giá khả năng của tư liệu viễn thám
trong công tác hiện chỉnh bản đồ hiện nay.
Về mặt thực tiễn, các kết quả nghiên cứu của luận văn đưa ra một số giải
pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác thành lập bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ tốt cho
công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình nhằm giảm bớt công sức và chi
phí trong công tác hiện chỉnh bản đồ.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH VÀ BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH
1.1 Ảnh vệ tinh
1.1.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám
Viễn thám là một ngành khoa học và công nghệ giúp cho việc xác định, đo
đạc hay phân tích các tính chất của các vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực
tiếp với chúng.
Sóng điện từ hay được phản xạ hay được bức xạ từ vật thể thường là
nguồn năng lượng chủ yếu trong viễn thám. Những năng lượng từ trường, trọng
trường cũng có thể được sử dụng.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được
gọi là bộ cảm.
Phương tiện dùng để mang các bộ cảm gọi là vật mang, gồm khí cầu, máy
bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ...
Viễn thám có thể phân loại làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt
- Viễn thám siêu cao tầ
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nhà xuất bản: ĐHKHTN
Ngày: 2011
Chủ đề: Ảnh vệ tinh
Bản đồ
Hiện chỉnh bản đồ
Xử lý ảnh
Miêu tả: 109 tr. + CD-ROM
Luận văn ThS. Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý -- Trường Đại học Khoa học tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011
Tổng quan về ảnh vệ tinh; bình đồ ảnh và bình đồ ảnh vệ tinh. Nghiên cứu xử lý ảnh vệ tinh trong hiện chỉnh bản đồ và đưa ra phương pháp xử lý ảnh vệ tinh SPOT trong hiện chỉnh bản đồ: Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh SPOT; Tăng cường chất lượng ảnh; Phân loại ảnh (Image classification). Đưa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh: Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác bình đồ ảnh; Mô hình vật lý và mô hình hàm số hữu tỷ sử dụng để nắn ảnh. Thực nghiệm nắn ảnh vệ tinh sử dụng mô hình vật lý với ảnh vệ tinh SPOT5. Phân tích, đánh giá độ chính xác ảnh nắn sử dụng mô hình vật lý
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH VÀ BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH ........4
1.1 Ảnh vệ tinh .................................................................................................................4
1.1.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám ..............................................................4
1.1.2 Lý thuyết phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên............................................5
1.1.2.1 Bức xạ điện từ ................................................................................................5
1.1.2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên ......................................8
1.1.3 Đặc điểm chung của ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh) ...........................................12
1.1.4 Khả năng lý thuyết để thành lập bản đồ của ảnh vệ tinh ................................13
1.1.5 Mối liên hệ giữa dung lượng thông tin của ảnh và của bản đồ ......................17
1.1.6 Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh .................................................................20
1.1.6.1 Ảnh SPOT Panchromatic phân giải 10m.....................................................20
1.1.6.2 Ảnh SPOT 5 màu tự nhiên phân giải 2.5m ..................................................22
1.1.6.3 Ảnh Quickbird độ phân giải 0.6m................................................................23
1.2 Bình đồ ảnh và bình đồ ảnh vệ tinh .......................................................................25
1.2.1 Bình đồ ảnh........................................................................................................25
1.2.2 Độ chính xác của bình đồ ảnh ..........................................................................26
1.2.3 Bình đồ ảnh vệ tinh............................................................................................26
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH TRONG HIỆN CHỈNH BẢN
ĐỒ .......................................................................................................................................28
2.1 Bản đồ và sự cũ đi của nó........................................................................................28
2.2. Mục đích, yêu cầu làm hiện chỉnh........................................................................29
2.3 Các phƣơng pháp hiện chỉnh bản đồ địa hình ......................................................31
2.3.1 Hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không........................................31
2.3.2 Hiện chỉnh từ tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn hơn..................................................33
2.3.3 Hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa..................................................................33
2.3.4 Hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh vệ tinh.....................................................34
2.3.4.1 Một số vệ tinh...............................................................................................34
2.3.4.2 Các chuẩn giải đoán ảnh vệ tinh .................................................................34
2.4 Một số thông tin về ảnh vệ tinh SPOT và QUICKBIRD .....................................35
2.4.1 Ảnh SPOT ..........................................................................................................35
2.4.2 Ảnh QUICKBIRD..............................................................................................37
2.5 Phƣơng pháp xử lý ảnh vệ tinh SPOT trong hiện chỉnh bản đồ .........................38
2.5.1 Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh SPOT ............................................................38
2.5.1.1 Các mức xử lý ảnh SPOT.............................................................................38
2.5.1.2 Hiệu chỉnh hình học (nắn ảnh mức 1B).......................................................39
2.5.1.3 Nắn chỉnh ảnh SPOT ở mức 2 và mức 3......................................................41
2.5.2 Tăng cường chất lượng ảnh..............................................................................45
2.5.2.1 Các kỹ thuật làm tăng cường độ tương phản (Contrast manipulation).......45
2.5.2.2 Các kỹ thuật thao tác với đối tượng không gian (Spatial feature
manipulation)...........................................................................................................47
2.5.2.3 Các kỹ thuật thao tác đa ảnh (Multi-Image Manipulation).........................48
2.5.3 Phân loại ảnh (Image classification)................................................................51
CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC
BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH.................................................................................................522
3.1. Các nguồn sai số ảnh hƣởng đến độ chính xác bình đồ ảnh ..............................54
3.1.1 Sai số trong quá trình thu nhận ảnh vệ tinh ...................................................54
3.1.1.1 Các nguyên nhân gây méo hình ảnh vệ tinh ................................................54
3.1.1.2 Khả năng loại trừ các sai số........................................................................55
3.1.2 Sai số trong quá trình xử lý ảnh vệ tinh ..........................................................56
3.1.2.1 Độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh....................................................57
3.1.2.2 Mô hình toán học sử dụng để nắn ảnh.........................................................57
3.1.2.3 Độ chính xác khống chế ảnh........................................................................58
3.1.2.4 Đồ hình và số lượng điểm khống chế ảnh....................................................59
3.1.2.5 Mô hình số độ cao........................................................................................59
3.2 Mô hình vật lý và mô hình hàm số hữu tỷ sử dụng để nắn ảnh...........................61
3.2.1 Mô hình vật lý ....................................................................................................61
3.2.2 Mô hình hàm số hữu tỷ ....................................................................................63
3.3 Thực nghiệm và các kết quả ...................................................................................65
3.3.1 Mục đích và nội dung thực nghiệm ..................................................................65
3.3.1.1 Mục đích ......................................................................................................65
3.3.1.2 Nội dung tiến hành.......................................................................................65
3.3.2 Thực nghiệm nắn ảnh vệ tinh sử dụng mô hình vật lý với ảnh vệ tinh SPOT5
.....................................................................................................................................66
3.3.2.1 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với số điểm KC khác nhau ...................66
3.3.2.2 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với điểm KC không rải đều trên ảnh....68
3.3.2.3 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan theo khối ảnh có góc nghiêng chụp ảnh
lớn với số lượng điểm KC khác nhau.......................................................................70
3.3.2.4 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan sử dụng mô hình số DEM khác nhau...72
3.3.3 Phân tích, đánh giá độ chính xác ảnh nắn sử dụng mô hình vật lý ...............76
3.3.3.1 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với số lượng điểm KC khác nhau.........76
3.3.3.2 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với điểm KC không rải đều trên cảnh
ảnh vệ tinh 271308/5................................................................................................77
3.3.3.3 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan theo khối ảnh có góc nghiêng chụp ảnh
lớn với số lượng điểm khác nhau.............................................................................78
3.3.3.4 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan sử dụng mô hình số DEM khác nhau...79
3.3.4 Sử dụng mô hình hàm hữu tỷ ...........................................................................81
KẾT LUẬN.........................................................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................87
PHỤ LỤC............................................................................................................................88
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiDANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1- Phân loại sóng điện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám .............7
Bảng 1.2-Độ phân giải không gian của dữ liệu ảnh viễn thám.................................15
Bảng 1.3 –Độ lớn pixel thực địa ứng với từng tỷ lệ bản đồ.....................................19
Bảng 3.1 – Giá trị độ cao và giá trị chênh cao địa hình lớn nhất cho phép ứng với
từng giá trị góc nghiêng chụp ảnh ............................................................................61
Bảng 3.2 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp ..................................67
Bảng 3.3 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp ..................................71
Bảng 3.4 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp ..................................74
Bảng 3.5 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp ..................................75DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1- Các kênh phổ sử dụng trong viễn thám ......................................................4
Hình 1.2 - Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám .........................................5
Hình 1.3 - Bức xạ điện từ............................................................................................6
Hình 1.4 - Đường cong đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên ...............9
Hình 1.5 - Mô tả về độ phân giải không gian của ảnh ..............................................14
Hình 1.6 - Một số hình ảnh về độ phân giải không gian ảnh viễn thám ...................16
Hình 2.1 – Vị trí của các vệ tinh SPOT trên quỹ đạo ...............................................35
Hình 2.2 - Vệ tinh QUICKBIRD ..............................................................................37
Hình 2.3 – Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên .............................49
Hình 2.4 - Hình ảnh chỉ số thực vật NDVI bề mặt trái đất theo MODIS .................50
Hình 3.1 - Các dạng méo hình do ảnh hưởng của các nguồn ...................................55
"sai số trong" bộ cảm biến.........................................................................................55
Hình 3.2 - Các dạng méo hình do ảnh hưởng của các nguồn ..................................55
"sai số ngoài" bộ cảm biến ........................................................................................55
Hình 3.3 - Xê dịch vị trí điểm trên ảnh nắn do sai số độ cao của mô hình số độ cao
hay do ảnh hưởng của chênh cao giữa điểm địa hình và mặt phẳng nắn ảnh .........59
Hình 3.4 - Sơ đồ điểm khống chế..............................................................................66
Hình 3.5 - Mô hình số địa hình khu vực ...................................................................66
Hình 3.6 - Đồ thị sai số đối với ảnh SPOT- Pan 2.5m............................................68
Hình 3.7 - Sơ đồ điểm khống chế..............................................................................69
Hình 3.8 - Mô hình số địa hình khu vực ...................................................................69
Hình 3.9 - Sơ đồ điểm khống chế..............................................................................71
Hình 3.10 - Mô hình số địa hình khu vực .................................................................71
Hình 3. 11 - Đồ thị sai số trung phương vị trí điểm đối với khối ảnh vệ tinh ..........72
Hình 3.12 - Sơ đồ điểm khống chế cảnh 271307 và 271308 ....................................73
Hình 3.13 - Mô hình số địa hình cảnh 271307 và 271308........................................73
Hình 3.14 - Đồ thị sai số sử dụng DEM25 và DEM50 cảnh ảnh 271308 ................74
Hình 3.15 - Đồ thị sai số khi sử dụng DEM25 và DEM50 cảnh ảnh 271307 ..........75
Hình 3.16 - Các phương án số lượng điểm KC khác nhau .......................................76
Hình 3.17 - Đồ hình bố trí điểm theo.......................................................................77
phương án 1...............................................................................................................77
Hình 3.18 - Đồ hình bố trí điểm theo........................................................................77
phương án 2...............................................................................................................77
Hình 3.19 - Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh ................................................78
Hình 3.20 - Các phương án điểm KC trên cảnh ảnh 271308....................................79
Hình 3.21 - Các phương án điểm KC trên cảnh ảnh 271307....................................80
Hình 3.22 - Các phương án điểm KC và điểm kiểm tra sử dụng mô hình RFM ......81
Hình 3.23 - Đồ thị tổng hợp sử dụng các bậc với số lượng điểm KC khác nhau .....82
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiBẢNG MÔ TẢ CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Mô tả
DEM Digital Elevation Model - Mô hình số địa hình
DN Digital Number
Điểm KC Điểm khống chế
Điểm KCA Điểm khống chế ảnh
GSD Ground sampling distance – Độ lớn pixel thực địa
NDVI Normalized Difference Vegetation Index – Chỉ số
thực vật khác biệt
RFM Rational Function Model - Mô hình hàm số hữu tỷ
RVI Ratio vegetation index – Chỉ số thực vật tỷ lệ
SAVI Soil adjusted vegetation index – Chỉ số thực vật
điều chỉnh
Sai số TPTB Sai số trung phương trung bình
Tăng dày KCA Tăng dày khống chế ảnh1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đã từ lâu, bản đồ là công cụ rất cần thiết trong các hoạt động điều tra, quy
hoạch tài nguyên thiên nhiên cũng như phát triển kinh tế xã hội. Bản đồ sau một
thời gian sử dụng sẽ bị cũ đi, chất lượng suy giảm, thông tin trên bản đồ bị lạc hậu
không phản ánh đúng hiện trạng trên bề mặt đất nên cần được hiện chỉnh hoặc
thành lập mới.
Thành lập mới bản đồ thường rất tốn kém và mất nhiều thời gian. So với
thành lập mới, việc hiện chỉnh bản đồ giúp cho việc cung cấp thông tin cập nhật một
cách nhanh chóng hơn, với chi phí thấp hơn.
Đối với bản đồ địa hình, tuỳ từng trường hợp vào tỷ lệ bản đồ và từng khu vực để xác
định khu vực cần hiện chỉnh. Đối với những vùng ít thay đổi như đồi núi, có thể sau
5 - 10 năm tiến hành hiện chỉnh một lần. Đối với những vùng có nhiều biến động
như đô thị, khu công nghiệp, vùng ven biển thời gian có thể tiến hành hiện chỉnh 3 -
5 năm một lần. Chu kỳ hiện chỉnh đối với các loại bản đồ tỷ lệ nhỏ thuờng dài hơn
so với bản đồ tỷ lệ lớn, nhưng khu vực cần hiện chỉnh thường lớn hơn và mang tính
chất khu vực. Nhu cầu hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn thường tập trung ở những vùng
trọng điểm có nhiều hoạt động kinh tế xã hội nhưng diện tích hiện chỉnh thường nhỏ
hơn. Nếu các đối tượng trên thực tế thay đổi > 40% thì nên thành lập mới thay vì
hiện chỉnh.
Hiện nay ở Việt Nam, có một số phương pháp hiện chỉnh bản đồ thường
được sử dụng như: phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa, phương pháp sử
dụng ảnh hàng không, phương pháp liên biên từ bản đồ lớn hơn,…Các phương pháp
này có ưu điểm là độ chính xác tương đối cao nhưng nhược điểm là giá thành cao,
thời gian thi công kéo dài, diện tích phủ trùm không lớn, phải có bản đồ tỷ lệ lớn
hơn mới thành lập được,…
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật thu nhận
thông tin từ xa và xử lý ảnh đã làm cho công nghệ viễn thám được ứng dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực. Ảnh vệ tinh ngày càng xuất hiện nhiều trên thế giới và Việt
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi2
Nam. Ảnh vệ tinh có ưu điểm: Diện tích phủ trùm lớn, tính đồng bộ về thông tin
cao, cho phép tiến hành hiện chỉnh trên khu vực rộng lớn, ảnh vệ tinh sử dụng nhiều
kênh phổ khác nhau cho ra các thông tin đa dạng về các đối tượng, khả năng chụp
lặp cao phù hợp với việc theo dõi các biến động theo thời gian, có khả năng quan
sát được những khu vực đi lại khó khăn hay thậm chí không đến được, các loại ảnh
vệ tinh hiện nay rất đa dạng từ độ phân giải thấp, trung bình, cao đến siêu cao, cho
phép hiện chỉnh bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau từ nhỏ đến lớn.Với những ưu điểm đó
ảnh vệ tinh trở thành công cụ hiệu quả nhất phục vụ công tác hiện chỉnh các loại
bản đồ. Trong công tác hiện chỉnh bản đồ người ta thường sử dụng bình đồ ảnh
được thành lập từ ảnh vệ tinh. Trên bình đồ ảnh vệ tinh, các thông tin về các đối
tượng địa lí có thể được khai thác trực tiếp trên đó để phục vụ cho mục đích hiện
chỉnh.
Để có được bình đồ ảnh, ảnh vệ tinh phải được nắn chỉnh nhằm loại trừ hay
hạn chế các ảnh hưởng của rất nhiều nguyên nhân khác nhau tới vị trí từng điểm
ảnh, phải đưa về tỷ lệ bản đồ cần hiện chỉnh trong cùng một hệ quy chiếu, cùng một
hệ tọa độ của bản đồ. Độ chính xác của bản đồ sau khi hiện chỉnh, độ tin cậy của
thông tin khai thác được phụ thuộc vào độ chính xác của bình đồ ảnh, hay nói một
cách khác đi là độ chính xác của quá trình nắn ảnh vệ tinh.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó tui chọn đề tài nghiên cứu:
"Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh phục
vụ công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình".
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài là nghiên cứu cơ sở khoa học và thực nghiệm của quá
trình nắn ảnh, tạo bình đồ ảnh nhằm đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính
xác bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ công tác hiện chỉnh bản đồ.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Do sự hạn chế về tư liệu ảnh vệ tinh, đối tượng nghiên cứu của luận văn là
các loại ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình phục vụ trong công tác hiện chỉnh
bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình.3
4. Nội dung nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu những khái niệm cơ bản về viễn thám, bình
đồ ảnh, bình đồ ảnh vệ tinh, các bước thành lập bình đồ ảnh bằng tư liệu ảnh vệ
tinh, chủ yếu là công đoạn nắn ảnh từ đó lựa chọn, đề xuất các giải pháp kỹ thuật tối
ưu nhằm nâng cao độ chính xác trong công tác thành lập bình đồ ảnh.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài đặt ra, tác giả áp dụng phương pháp
nghiên cứu như sau: thu thập thông tin, tài liệu hiện có tìm hiểu khả năng lý thuyết,
đặc tính kỹ thuật của một số ảnh vệ tinh hiện có ở Việt Nam nhằm khảo sát ảnh
hưởng của các yếu tố tới độ chính xác của nắn ảnh như độ chính xác điểm khống
chế ảnh, số lượng điểm khống chế sử dụng trong mô hình và phân bố đồ hình của
chúng, mô hình nắn chỉnh hình học và mô hình số độ cao để đảm bảo cho việc nắn
ảnh đạt độ chính xác hình học cao. Nghiên cứu độ chính xác đạt được cho việc
thành lập bình đồ ảnh vệ tinh. Trên cơ sở các nghiên cứu, đề xuất các giải pháp kỹ
thuật tối ưu cho việc thành lập bình đồ ảnh.
6.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về mặt khoa học, đề tài nghiên cứu góp phần giúp học viên nắm chắc những
kiến thức cơ bản về viễn thám cũng như các kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh và các bước
cũng như phương pháp thành lập bình đồ ảnh từ tư liệu ảnh vệ tinh. Bên cạnh đó kết
quả nghiên cứu của luận văn góp phần đánh giá khả năng của tư liệu viễn thám
trong công tác hiện chỉnh bản đồ hiện nay.
Về mặt thực tiễn, các kết quả nghiên cứu của luận văn đưa ra một số giải
pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác thành lập bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ tốt cho
công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình nhằm giảm bớt công sức và chi
phí trong công tác hiện chỉnh bản đồ.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH VÀ BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH
1.1 Ảnh vệ tinh
1.1.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám
Viễn thám là một ngành khoa học và công nghệ giúp cho việc xác định, đo
đạc hay phân tích các tính chất của các vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực
tiếp với chúng.
Sóng điện từ hay được phản xạ hay được bức xạ từ vật thể thường là
nguồn năng lượng chủ yếu trong viễn thám. Những năng lượng từ trường, trọng
trường cũng có thể được sử dụng.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được
gọi là bộ cảm.
Phương tiện dùng để mang các bộ cảm gọi là vật mang, gồm khí cầu, máy
bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ...
Viễn thám có thể phân loại làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt
- Viễn thám siêu cao tầ
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: