Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một sô giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác của bình đồ ảnh tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

Chia sẻ: Bobietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:185

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là 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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một sô giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác của bình đồ ảnh tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, Năm 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS TRẦN ĐÌNH TRÍ 2. TS NGUYỄN XUÂN LÂM Hà Nội, Năm 2016
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 .......................................................................................... i MỤC LỤC .................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU............................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................... viii DANH MỤC PHỤ LỤC .............................................................................. x MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 2 3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 3 4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 3 5. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 4 6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn...................................................... 4 7. Các luận điểm bảo vệ ................................................................................ 5 8. Những điểm mới của luận án .................................................................... 5 9. Cơ sở tài liệu viết luận án.......................................................................... 5 10. Khối lượng và kết cấu của luận án .......................................................... 6 11. Lời cảm ơn .............................................................................................. 6 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ................ 7 1.1. 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............. 7 1.1.1. Trên thế giới ........................................................................................... 7 1.1.2. Ở Việt Nam .......................................................................................... 12 1.2. Kết luận ................................................................................................ 19 CHƢƠNG 2. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO .................................................................................................. 21
iii 2.1. Các đặc tính kỹ thuật của vệ tinh độ phân giải cao.............................. 21 2.1.1. Các hệ thống vệ tinh độ phân giải cao .............................................. 21 2.1.2. Đặc điểm của quỹ đạo vệ tinh ............................................................ 24 2.1.3. Đặc điểm của bộ cảm biến ................................................................. 26 2.2. Một số đặc tính hình học của ảnh vệ tinh độ phân giải cao ................. 30 2.2.1. Đặc tính hình học................................................................................. 30 2.2.2. Sai số méo hình của ảnh vệ tinh ........................................................ 33 2.2.3. Độ phân giải và khả năng chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh ........ 35 2.3. Thành lập bản đồ tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao ................. 38 2.3.1. Khả năng chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao ...... 38 2.3.2. Yêu cầu độ chính xác của ảnh vệ tinh độ phân giải cao cho việc thành lập bản đồ ............................................................................................. 42 2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................ 45 CHƢƠNG 3. BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH VÀ QUY TRÌNH THÀNH LẬP ..................................................................................................................... 46 3.1. Khái niệm về bình đồ ảnh vệ tinh và phương pháp thành lập bình đồ ảnh ................................................................................................................... 46 3.1.1. Khái niệm bình đồ ảnh vệ tinh ........................................................... 46 3.1.2. Cơ sở khoa học của phương pháp nắn ảnh ....................................... 48 3.2. Quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh .............................................. 49 3.3. Các phương pháp nắn ảnh vệ tinh ........................................................ 55 3.3.1. Phương pháp nắn theo mô hình vật lý .............................................. 56 3.3.2. Phương pháp nắn ảnh theo hàm đa thức ........................................... 60 3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của nắn ảnh vệ tinh .............. 71 3.4.1. Ảnh hưởng của độ phân giải của ảnh vệ tinh ................................... 72 3.4.2. Ảnh hưởng của mô hình toán học sử dụng để nắn ảnh ................... 73 3.4.3. Ảnh hưởng của điểm khống chế ảnh................................................. 73
iv 3.4.4. Ảnh hưởng của mô hình số độ cao (DEM) ...................................... 76 3.5. Trộn ảnh ............................................................................................... 78 3.5.1. Phương pháp biến đổi hệ màu RGB-IHS-RGB ............................... 78 3.5.2. Phương pháp phân tích thành phần chính - PCA ............................ 80 3.5.3. Phương pháp tổ hợp các kênh ............................................................ 81 3.5.4. Phương pháp nhân ảnh (Multiplicative method) .......................... 82 3.5.5. Phương pháp trộn ảnh lọc tần số cao (HPF- High Pass Filter ...... 82 3.6. Tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác của bình đồ ảnh ............................. 83 3.7. Kết luận chương 3 ................................................................................ 85 CHƢƠNG 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 .................................................................................................. 86 4.1. Phân tích dữ liệu và khu vực thực nghiệm........................................... 86 4.1.1. Dữ liệu thực nghiệm............................................................................ 86 4.1.2. Đặc điểm địa lý khu vực thực nghiệm .............................................. 90 4.2. Giải pháp số lượng, đồ hình bố trí điểm khống chế ảnh ...................... 94 4.2.1. Sơ đồ phương án bố trí điểm khống chế ảnh ................................... 94 4.2.2. Kết quả đánh giá độ chính xác ........................................................... 97 4.3. Lựa chọn mô hình nắn với trường hợp khối ảnh ............................... 100 4.4. Độ chính xác của bình đồ ảnh từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao khi sử dụng mô hình DEM. ...................................................................................... 102 4.5. Lựa chọn phương pháp trộn ảnh đối với ảnh độ phân giải cao ......... 108 4.5. Xây dựng phần mềm đánh giá chất lượng bình đồ ảnh. .................... 114 4.5.1. Sơ đồ khối của chương trình ............................................................ 116 4.5.2. Công cụ của chương trình ................................................................ 117 4.5.3. Tính năng ............................................................................................ 117 4.5.4. Giao diện của chương trình .............................................................. 117
v 4.5.5. 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 ............................................................................. PHỤ LỤC .......................................................................................................
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 2.1. Bảng tổng hợp các đặc tính kỹ thuật của ảnh vệ tinh độ phân giải cao22 Bảng 2.2. 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] .....................................................39 Bảng 2.3. Nội dung thông tin có thể được nhận biết từ ảnh QuickBird ...............41 Bảng 3.1: Số lượng điểm không chế tối thiểu cho các mô hình hàm đa thức......61 Bảng 3.2. Giá trị xê dịch vị trí điểm ảnh nắn vệ tinh do ảnh hưởng của sai số mô hình số độ cao...........................................................................................................77 Bảng 4.1. Thông số của ảnh WorldView - 2 dùng trong thử nghiệm ..................87 Bảng 4.2. Các hệ số của mô hình RPC ...................................................................89 Bảng 4.3. SSTP vị trí điểm kiểm tra của mô hình nắn chỉnh hình học (đơn vị mét) ...........................................................................................................................98 Bảng 4. 4. Chỉ số đánh giá chất lượng phổ ảnh sau trộn .................................... 113 Bảng 4.5. Chỉ số tương quan (Corr) của ảnh trước và sau khi trộn ................... 114
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Ảnh GeoEye - 1 với các điểm khống chế và điểm kiểm tra ................10 Hình 1.2. Ảnh Geoeye với các điểm khống chế dùng để nắn ảnh ........................11 Hình 1.3. Bình đồ ảnh Quickbird [19] ....................................................................14 Hình 1.4. Mối quan hệ hình học giữa ảnh và bề mặt trái đất ................................16 Hình 2.1. Quỹ đạo đồng bộ Mặt trời.......................................................................25 Hình 2.2. Phạm vi của trạm thu ảnh vệ tinh ...........................................................26 Hình 2.3. Cách bố trí các phần tử CCD của bộ cảm biến thu chụp ......................27 Hình 2.4. Cách bố trí các hàng CCD so le với nhau của bộ cảm biến toàn sắc ..28 Hình 2.5. 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 ......30 Hình 2.6. Nguyên tắc quét ảnh dạng chổi quét ......................................................31 Hình 2.7. Nguyên tắc quét ảnh của dạng máy quét chổi đẩy ................................33 Hình 2.8. Méo hình do các nguồn sai số trong của bộ cảm biến ..........................34 Hình 2.9. Méo hình do các nguồn sai số ngoài của bộ cảm biến ..........................34 Hình 2.10. Ảnh toàn sắc và ảnh pan-sharpened QuickBird ..................................42 Hình 3.1. Xê dịch vị trí điểm ảnh do chênh cao địa hình ......................................47 Hình 3.2. Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh vệ tinh ....................50 độ phân giải cao .......................................................................................................50 Hình 3.3: Sai số xác định điểm khống chế trên ảnh .............................................74 Hình 3.4: Sai số đoán nhận điểm ảnh trên ảnh vệ tinh ..........................................75 Hình 3.5. 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 ................................................76 Hình 4.1. Sự khác biệt về độ phân giải giữa kênh toàn sắc và kênh đa phổ ........91 Hình 4.2. Vị trí có chênh cao địa hình trên ảnh toàn sắc - WorldView2 .............92 Hình 4.3. Phân bố khu vực địa hình trên ảnh WorldView-2 – Bắc Giang...........93 Hình 4.4. Nội dung của cơ sơ dữ liệu .....................................................................95
ix Hình 4.5. Sơ đồ phương án sử dụng điểm khống chế ...........................................97 Hình 4.6. Sơ đồ bố trí điểm khống chế và điểm kiểm tra................................... 101 Hình 4.7: DEM được lấy từ CSDL bằng bay quét Lidar ................................... 103 Hình 4.8. Bình đồ ảnh số lấy từ CSDL nền thông tin địa lý tỷ lệ 1:5 000 ........ 103 Hình 4.9. Sơ đồ bố trí điểm khống chế ................................................................ 104 Hình 4.11. Một số pixel bị trượt khi sử dụng DEM 1 (b) .................................. 107 Hình 4.12. Kết quả các phương pháp trộn ảnh ................................................... 110 Hình 4.13. Phân tích đồ thị Histogram của các phương pháp trộn ảnh ............. 111 Hình 4.14. Sơ đồ khối của chương trình.............................................................. 116 Hình 4.15. Menu Đánh giá chất lượng bình đồ ảnh ........................................... 117 Hình 4.16. Sơ đồ các bước thực hiện của chương trình ..................................... 118 Hình 4.17. File ảnh nắn ........................................................................................ 119 Hình 4.18. Chương trình Đánh giá chất lượng của bình đồ ảnh ........................ 119 Hình 4.19. Xuất điểm khống chế ngoại nghiệp lên bình đồ cần kiểm tra ......... 120 Hình 4.20. Kiểm tra độ chính xác của ảnh nắn ................................................... 121 Hình 4.21. Kết quả sai số nắn ảnh ....................................................................... 121 Hình 4.22. 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 .............................................................. 180
1 MỞ ĐẦU 1. 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. Hiện nay, để thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình người ta sử dụng bình đồ ảnh được thành lập từ tư liệu ảnh vệ tinh. Để có được bình đồ ảnh từ dữ liệu là ảnh vệ tinh, phải tiến hành nắn chỉnh hình học nhằm loại trừ hay hạn chế các ảnh hưởng của rất nhiều nguyên nhân khác nhau tới vị trí từng điểm ảnh. Với ảnh đã được nắn, tiến hành thành lập bình đồ ảnh. Bình đồ ảnh sẽ được sử dụng để đo vẽ phần địa vật của nội dung bản đồ.
2 Chất lượng của bình đồ ảnh vệ tinh trước hết phụ thuộc vào chất lượng tư liệu ảnh gốc, vào phương pháp nắn chỉnh hình học, vào trình độ, kỹ năng và kinh nghiệm của người xử lý. Ở Việt Nam các loại ảnh SPOT 5m và SPOT 2,5m đã được sử dụng trong các công trình hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25 000, thành lập trực ảnh vệ tinh tỷ lệ 1:10 000 hỗ trợ cho đợt Tổng kiểm kê đất đai năm 2005 và 2015. Hiện chỉnh bản đồ nền là ứng dụng của ảnh vệ tinh độ phân giải cao được áp dụng nhiều ở Việt Nam và có xu hướng tăng tỷ lệ bản đồ hiện chỉnh lên1:5 000 và lớn hơn. 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 vệ tinh độ phân giải cao 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 một sô giải pháp kỹ thuật 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;
3 - 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 tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là: - 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, phục vụ cho công tác thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình. 4. Nội dung nghiên cứu - 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
4 5. Phƣơng 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 trình 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; + 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:
5 + Đưa ra một số 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.
6 - Các bài viết, công trình nghiên cứu, các báo cáo, các luận văn, trên tạp chí khoa học chuyên ngành Đo ảnh và viễn thám trong và ngoài nước. - 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 lƣợng 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 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, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Đình Trí và TS Nguyễn Xuân Lâm. Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả luôn nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trong Bộ môn Đo ảnh và Viễn Thám, Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Lãnh đạo 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 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.,..
7 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Hiện nay, các nước phát triển trên thế giới đang nghiên cứu và sản xuất các vệ tinh chụp ảnh có độ phân giải ngày càng cao. Ảnh vệ tinh độ phân giải cao đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình. Nội dung chương 1 trình bày tổng quan và đánh giá những kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về các phương pháp nâng cao độ chính xác thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao 1.1. 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 1.1.1. 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 và hiệu chỉnh ảnh về hệ tọa độ quốc gia, loại bỏ sai số ảnh hưởng của chênh cao địa hình...
8 - Đo vẽ và biên tập bản đồ. Như vậy, kết quả độ chính xác đo vẽ và biên tập bản đồ phụ thuộc vào độ chính xác của bước tiền xử lý ảnh và hiệu chỉnh hình học ảnh. 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. Các 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. Năm 2001, Saeid Sadeghian và các cộng sự [54], trong nghiên cứu này nhóm tác giả đã đưa ra kết quả nghiên cứu nâng cao độ chính xác hiệu chỉnh hình học bằng cách sử dụng các điểm khống chế ngoại nghiệp khi không có đầy đủ các dữ liệu chụp ảnh như thông số quỹ đạo, vị trí 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. Nhóm tác giả đã sử dụng mô hình chuyển đổi tuyến tính trực tiếp (DLT) để nắn chỉnh. Khu vực thử nghiệm trên một khu vực của miền Tây của Iran, sử dụng tư liệu ảnh SPOT 5 m và kết quả là RMSExy là 8,44 m đáp ứng với việc hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ 1:50 000. Ngoài ra nhóm tác giả còn so sánh với kết quả hiệu chỉnh hình học trên ảnh hàng không KFA-1000 thì kết quả đạt độ chính xác tương đương nhau.