Luận án nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao - Đỗ Thị Hoài

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân tôi. Toàn bộ quá trình nghiên cứu được tiến hành một cách khoa học, các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là chính xác, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào Tác giả Đỗ Thị Hoài ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.

vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. viii DANH MỤC PHỤ LỤC. Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.

Các luận điểm bảo vệ. Những điểm mới của luận án. Cơ sở tài liệu viết luận án. Khối lượng và kết cấu của luận án.

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU. Tình hình nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao để thành lập bình đồ ảnh phục vụ cho công tác thành lập và hiện chỉnh bản đồ. Trên thế giới. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO.

Các đặc tính kỹ thuật của vệ tinh độ phân giải cao. Các hệ thống vệ tinh độ phân giải cao. Đặc điểm của quỹ đạo vệ tinh. Đặc điểm của bộ cảm biến.

Một số đặc tính hình học của ảnh vệ tinh độ phân giải cao. Đặc tính hình học. Sai số méo hình của ảnh vệ tinh. Độ phân giải và khả năng chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh.

Thành lập bản đồ tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao. Khả năng chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao. Yêu cầu độ chính xác của ảnh vệ tinh độ phân giải cao cho việc thành lập bản đồ. Kết luận chương 2.

BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH VÀ QUY TRÌNH THÀNH LẬP. Khái niệm về bình đồ ảnh vệ tinh và phương pháp thành lập bình đồ ảnh. Khái niệm bình đồ ảnh vệ tinh. Cơ sở khoa học của phương pháp nắn ảnh.

Quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh. Các phương pháp nắn ảnh vệ tinh. Phương pháp nắn theo mô hình vật lý. Phương pháp nắn ảnh theo hàm đa thức.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của nắn ảnh vệ tinh. Ảnh hưởng của độ phân giải của ảnh vệ tinh. Ảnh hưởng của mô hình toán học sử dụng để nắn ảnh. Ảnh hưởng của điểm khống chế ảnh.

Ảnh hưởng của mô hình số độ cao (DEM). Phương pháp biến đổi hệ màu RGB-IHS-RGB. Phương pháp phân tích thành phần chính - PCA. Phương pháp tổ hợp các kênh.

Phương pháp nhân ảnh (Multiplicative method). Phương pháp trộn ảnh lọc tần số cao (HPF- High Pass Filter. Tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác của bình đồ ảnh. Kết luận chương 3.

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BÌNH ĐỒ TRỰC ẢNH TỶ LỆ LỚN TỪ ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO. Phân tích dữ liệu và khu vực thực nghiệm. Dữ liệu thực nghiệm. Đặc điểm địa lý khu vực thực nghiệm.

Giải pháp số lượng, đồ hình bố trí điểm khống chế ảnh. Sơ đồ phương án bố trí điểm khống chế ảnh. Kết quả đánh giá độ chính xác. Lựa chọn mô hình nắn với trường hợp khối ảnh.

Độ chính xác của bình đồ ảnh từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao khi sử dụng mô hình DEM. Lựa chọn phương pháp trộn ảnh đối với ảnh độ phân giải cao. Xây dựng phần mềm đánh giá chất lượng bình đồ ảnh. Sơ đồ khối của chương trình.

Công cụ của chương trình. Giao diện của chương trình. Các bước thực hiện của chương trình. 118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

123 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN. 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO. vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ Tiếng Anh Tiếng Việt viết tắt CCD Charge-couple device Bộ cảm biến CSDL Cơ sở dữ liệu DBM Digital Building Model Mô hình nhà DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao Direct Linear Transforma- Mô hình chuyển đổi tuyến tính DLT tion trực tiếp DSM Digital Surface Model Mô hình số bề mặt DTM Digital Terrain Model Mô hình số địa hình Geographic Information Sys- GIS Hệ thống thông tin địa lý tem GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSD Ground Sampling Distance Độ phân giải trên mặt đất HPF High Pass Filter Lọc tần số cao Light Detection And LiDAR Công nghệ đo Laser Ranging OLI Operational Land Imager Bộ thu nhận ảnh mặt đất PT Projective Transform Mô hình phép chiếu Rational Function Coeffi- RFCs Các hệ số hàm hữu tỷ cients RFM Rational Function Model Mô hình hàm hữu tỷ SSTP Sai số trung phương Bộ cảm biến tích hợp và làm trễ TDI Time Delay and Integration thời gian Triangulated Irregular Net- Cấu trúc mạng tam giác không đều TIN work của mô hình số độ cao TIRS Thermal Infrared Sensor Bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2. Bảng tổng hợp các đặc tính kỹ thuật của ảnh vệ tinh độ phân giải cao22 Bảng 2.

Nội dung thông tin có thể đoán đọc được trên ảnh IKONOS đối chiếu với yêu cầu thành lập bản đồ 1:5 000 theo [27]. Nội dung thông tin có thể được nhận biết từ ảnh QuickBird .1: Số lượng điểm không chế tối thiểu cho các mô hình hàm đa thức. Giá trị xê dịch vị trí điểm ảnh nắn vệ tinh do ảnh hưởng của sai số mô hình số độ cao. Thông số của ảnh WorldView - 2 dùng trong thử nghiệm.

Các hệ số của mô hình RPC. SSTP vị trí điểm kiểm tra của mô hình nắn chỉnh hình học (đơn vị mét). Chỉ số đánh giá chất lượng phổ ảnh sau trộn. Chỉ số tương quan (Corr) của ảnh trước và sau khi trộn.

114 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Ảnh GeoEye - 1 với các điểm khống chế và điểm kiểm tra. Ảnh Geoeye với các điểm khống chế dùng để nắn ảnh. Bình đồ ảnh Quickbird [19].

Mối quan hệ hình học giữa ảnh và bề mặt trái đất. Quỹ đạo đồng bộ Mặt trời. Phạm vi của trạm thu ảnh vệ tinh. Cách bố trí các phần tử CCD của bộ cảm biến thu chụp.

Cách bố trí các hàng CCD so le với nhau của bộ cảm biến toàn sắc. Bộ cảm biến TDI đối với chế độ quét theo hai hướng Bắc sang Nam với dòng quét đầu tiên là nét đứt và ngược lại với hướng từ Nam sang Bắc. Nguyên tắc quét ảnh dạng chổi quét. Nguyên tắc quét ảnh của dạng máy quét chổi đẩy.

Méo hình do các nguồn sai số trong của bộ cảm biến. Méo hình do các nguồn sai số ngoài của bộ cảm biến. Ảnh toàn sắc và ảnh pan-sharpened QuickBird. Xê dịch vị trí điểm ảnh do chênh cao địa hình.

Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh vệ tinh .50 độ phân giải cao .3: Sai số xác định điểm khống chế trên ảnh .4: Sai số đoán nhận điểm ảnh trên ảnh vệ tinh. Xê dịch vị trí điểm ảnh do ảnh hưởng của chênh cao giữa điểm địa hình và mặt phẳng nắn ảnh, hoặc sai số của DEM. Sự khác biệt về độ phân giải giữa kênh toàn sắc và kênh đa phổ. Vị trí có chênh cao địa hình trên ảnh toàn sắc - WorldView2.

Phân bố khu vực địa hình trên ảnh WorldView-2 – Bắc Giang. Nội dung của cơ sơ dữ liệu. Sơ đồ phương án sử dụng điểm khống chế. Sơ đồ bố trí điểm khống chế và điểm kiểm tra.7: DEM được lấy từ CSDL bằng bay quét Lidar.

Bình đồ ảnh số lấy từ CSDL nền thông tin địa lý tỷ lệ 1:5 000. Sơ đồ bố trí điểm khống chế. Một số pixel bị trượt khi sử dụng DEM 1 (b). Kết quả các phương pháp trộn ảnh.

Phân tích đồ thị Histogram của các phương pháp trộn ảnh. Sơ đồ khối của chương trình. Menu Đánh giá chất lượng bình đồ ảnh. Sơ đồ các bước thực hiện của chương trình.

File ảnh nắn. Chương trình Đánh giá chất lượng của bình đồ ảnh. Xuất điểm khống chế ngoại nghiệp lên bình đồ cần kiểm tra. Kiểm tra độ chính xác của ảnh nắn.

Kết quả sai số nắn ảnh. Kết quả sai số tiếp biên. 122 x DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết quả nắn ảnh theo mô hình hàm đa thức. 146 Phụ lục 2: Kết quả nắn ảnh theo mô hình chuyển đổi tuyến tính trực tiếp.

155 Phụ lục 3: Kết quả nắn ảnh theo mô hình chuyển đổi phép chiếu. 157 Phụ lục 4: Kết quả nắn ảnh theo mô hình hàm đa thức hữu tỷ. 166 Phụ lục 5: Kết quả sai số mặt phẳng của điểm khống chế khi sử dụng DEM khác nhau. 176 Phụ lục 6: Nguồn của chương trình.

Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, sự phát triển của công nghệ viễn thám và đặc biệt là việc nâng cao độ phân giải không gian đã mở ra những triển vọng quan trọng trong việc sử dụng tư liệu viễn thám cho việc lập bản đồ từ ảnh vệ tinh. Với công nghệ truyền thống, thành lập và hiện chỉnh bản đồ chủ yếu dựa trên ảnh hàng không. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc chế tạo ra các bộ cảm biến có độ phân giải hình học cao (độ phân giải mặt đất nhỏ hơn 1 m) cho phép chúng ta tin tưởng rằng trong một thời gian ngắn ảnh vệ tinh sẽ được sử dụng rộng rãi trong việc thành lập và hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn. Đặc biệt là các vệ tinh được lắp đặt các bộ cảm biến cho phép thu nhận những cảnh ảnh toàn sắc có độ phân giải cao đã được phóng lên và đang vận hành, khai thác tốt như IKONOS, QuickBird, OrbView-3, Worldview-1,2,3 (Mỹ), EROS-A (Israel).

Tần suất chụp lặp lại cùng một vị trí trên bề mặt đất cũng là rất cao (trong khoảng từ 1 ngày đến 3,5 ngày). Trong tương lai sẽ có nhiều quốc gia tiếp tục phóng lên quỹ đạo những vệ tinh thu chụp ảnh độ phân giải cao. Cùng với việc phát triển của công nghệ thu chụp ảnh vệ tinh là sự phát triển của công nghệ xử lý ảnh độ phân giải cao, tư liệu viễn thám đã được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực kinh tế, khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực thành lập và hiện chỉnh bản đồ.