Ứng dụng công nghệ Lidar kết hợp dữ liệu ảnh số phục vụ xây dựng bản đồ 3D, thử nghiệm tại sân bay Liên Khương, tỉnh Lâm Đồng

Bài viết Ứng dụng công nghệ Lidar kết hợp dữ liệu ảnh số phục vụ xây dựng bản đồ 3D, thử nghiệm tại sân bay Liên Khương, tỉnh Lâm Đồng trình bày quy trình bay quét Lidar và chụp ảnh kỹ thuật số cũng như kết hợp 2 nguồn dữ liệu này để thành lập mô hình số độ cao và bản đồ 3D với cấp độ chi tiết LoD2 cho nhà ga sân bay Liên Khương, đáp ứng yêu cầu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng công nghệ Lidar kết hợp dữ liệu ảnh số phục vụ xây dựng bản đồ 3D, thử nghiệm tại sân bay Liên Khương, tỉnh Lâm ĐồngKỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ VDoi: 10.15625/vap.2022.0199 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LIDAR KẾT HỢP DỮ LIỆU ẢNH SỐ PHỤC VỤ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ 3D, THỬ NGHIỆM TẠI SÂN BAY LIÊN KHƯƠNG, TỈNH LÂM ĐỒNG Nguyễn Viết Nghĩa, Nguyễn Quốc Long * 1 0F Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 18 Phố Viên, Đức Thắng, Bắc Từ Liêm, Hà Nội TÓM TẮT Dữ liệu ảnh chụp kết hợp với dữ liệu của Lidar tạo nên các sản phẩm như ảnh trực giao, mô hình 3D củabề mặt Trái đất với mức độ chi tiết, sắc nét và độ chính xác cao. Đây là dữ liệu quan trọng cho công tác thànhlập cơ sơ dữ liệu thông tin địa lý độ chính xác cao, phục vụ các công tác quản lý dữ liệu trong hệ thống thôngtin địa lý (GIS) cũng như thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn và các mục đích ứng dụng chuyên ngành khác.Bài báo trình bày quy trình bay quét Lidar và chụp ảnh kỹ thuật số cũng như kết hợp 2 nguồn dữ liệu này đểthành lập mô hình số độ cao và bản đồ 3D với cấp độ chi tiết LoD2 cho nhà ga sân bay Liên Khương, đápứng yêu cầu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000. Từ khóa: Ảnh số, Bản đồ 3D, Lidar, Sân bay Liên Khương. 1. MỞ ĐẦU Mô hình 3D thành phố ứng dụng trong công tác mô hình hóa bề mặt không gian đã được quantâm nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới [1, 2] cũng như ở Việt Nam [3, 4]. Các mô hình 3D đãđược sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: thủy văn, giao thông, quy hoạch và quản lý đôthị, quân sự,…[1, 5]. Thời gian gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ định vị vệ tinh, côngnghệ bay chụp ảnh hàng không bằng máy máy có người lái và máy bay không người lái (UAV),các thuật toán tự động xử lý ảnh, khôi phục mô hình 3D (Structure-from-Motion, SfM), giá thànhthấp hiệu quả mang lại cao. Kết quả khảo sát cho thấy công nghệ này đang được ứng dụng thànhcông và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công tác đo đạc thành lập bản đồ, giao thông, sản xuấtnông nghiệp, nghiên cứu địa chất và nghiên cứu môi trường [5]. Ngoài việc giá thành tương đốithấp, các ảnh kỹ thuật số thu được với độ phân giải rất cao (mm, cm), trong điều kiện địa hình phứctạp, môi trường nguy hiểm. Thêm nữa, công nghệ bay quét Lidar cho phép nhanh chóng cung cấptọa độ điểm đám mây các đối tượng địa hình nhanh chóng và có độ chính xác cao so với các điểmđo chi tiết từ máy toàn đạc điện tử hoặc hệ thống GNSS truyền thống. Chính vì thế, công nghệ bayquét Lidar kết hợp với chụp ảnh kỹ thuật số đã và đang được ứng dụng rộng rãi hơn nữa vào cáclĩnh vực khác nhau và được thể hiện rõ ưu thế trong công tác thành lập bản đồ 3D cho các đốitượng địa hình, địa vật, góp phần xây dựng và phát triển dữ liệu không gian địa lý 3D cho các côngtrình quan trọng, các thành phố lớn, trong đó bản đồ 3D cho khu vực đặc biệt quan trọng là khu vựcsân bay sẽ cho phép quản lý, quy hoạch, định hướng cho việc điều hành bay, thiết kế và xây dựngphát triển các hạng mục công trình mới cũng như điều chỉnh quy hoạch, mở rộng, khai thác sân baymột cách hiệu quả và bền vững. Từ đó, cho phép kết nối, xây dựng thành phố thông minh SmattCity trong tương lai [5, 6, 7].* Tác giả liên hệ, địa chỉ email: nguyenquoclong@humg.edu.vn 461Nguyễn Viết Nghĩa, Nguyễn Quốc Long 2. HỆ THỐNG LIDAR Công nghệ Lidar là hệ thống tích hợp từ 3 thành phần chính: hệ thống định vị toàn cầu GPS;hệ thống thiết bị đo xa Laser và hệ thống đạo hàng quán tính INS (Inertial Navigation System).Công nghệ Lidar là kỹ thuật định vị, đo xạ điện quang và nhận dạng các đối tượng địa lý trên bềmặt Trái đất. Bộ phát laser phát sóng điện từ dưới dạng xung xuống mặt đất từ một độ cao nào đó,và thu nhận sóng điện từ được phản hồi từ mặt đất trở về. Với phương pháp đo xung sẽ xác địnhđược khoảng cách từ nguồn phát tới đối tượng. Ở thời điểm phát tia laser thì góc quét, dữ liệu địnhhướng tia quét, cường độ tín hiệu phản xạ… được INS xác định và ghi nhận lại. Tập hợp các điểmnày tạo nên một đám mây điểm với một mật độ dày đặc biểu thị chi tiết các đối tượng trên mặt đất.Với mỗi điểm có toạ độ này, sẽ được gắn với các thuộc tính về khả năng phổ.2.1. Cấu trúc dữ liệu Lidar Các thông tin quan trọng nhất của các tín hiệu Lidar phản hồi thu được bao gồm X, Y, Z, I, N,R, C. Trong đó X, Y và Z là tọa độ của vị trí phản xạ (thường là tọa độ của đối tượng). I là nănglượng/độ mạnh của tia phản xạ. N là số lượng phản xạ (echoes) nhận từ một tia tới đơn. R là sốlượng phản xạ đang quan trắc. Hệ thống quét Lidar có thể chia thành 03 thành phần chính [8, 9]: 1)Hệ thống thiết bị quét Laser, có nhiệm vụ tạo ra tia Laser và phát xung, thu nhận tia phản xạ xácđịnh khoảng cách nghiêng tới vật phản xạ; 2) Hệ thống điều khiển dẫn đường, hoạt động dựa trênthời gian của bộ thu GPS và hệ thống IMU. Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống này là giúp xác định cácnguyên tố định hướng ngoài, thời gian để cho phép tính toán xác định khoảng cách nghiêng D đồngthời chuyển sang hệ tọa độ địa lý; 3) Mạng lưới các trạm GPS mặt đất, cho phép xác định chính xácquỹ đạo của máy quét.2.2. Công nghệ Lidar kết hợp với ảnh kỹ thuật số Dữ liệu Lidar thu thập được là tập hợp các điểm với mật độ dày đặc, phân bố bán ngẫu nhiênvà chứa đựng nhiều thông tin định vị và định lượng của các đối tượng địa lý. Tuy nhiên, các thôngtin hình ảnh đặc trưng của địa hình, địa vật hay các đường viền của các đối tượng địa lý không thểhiện được rõ ràng và sắc nét. Để ứng dụng công nghệ Lidar có hiệu quả hơn, hệ thống Lidar đượcgắn kết với các máy ảnh số để cung cấp ...