TMV - Công Ty TNHH MTV Tài Nguyên Và Môi Trường Việt Nam

Lĩnh vực hoạt động

Báo cáo Khoa học, Công nghệ toàn quốc nghành Đo đạc Bản đồ 2018

CÔNG TY TNHH MTV TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM

HỒ SƠ NĂNG LỰC CÔNG TY TNHH MTV TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM

BÁO CÁO KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC NGHÀNH ĐO ĐẠC BẢN ĐỒ NĂM 2018

1. Nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ thu thập dữ liệu không gian địa lý phục vụ cơ sở dữ liệu đa mục tiêu.pdf

2. Ứng dụng công nghệ tích hợp Lidar và chụp ảnh hàng không CityMapper-Leica trong thu nhận, xử lý và thành lập dữ liệu không gian địa lý .pdf

3. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ quét Laser mặt đất nâng cao chất lượng dữ liệu địa không gian nhằm tăng cường năng lực quản lý nhà nước trong họa động khoáng sản.pdf

4. Nghiên cứu, xây dựng quy trình thành lập cơ sở không gian địa lý và bản đồ ba chiều tỷ lệ lớn.pdf

5. Giải pháp công nghệ trong công tác đo đạc địa hình khu vực bãi bồi ven biển Việt Nam.pdf

CÔNG TY TNHH MTV TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM

BÁO CÁO KHOA HỌC TẠI HỘI NGHỊ KHOA HỌC,

CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC NGHÀNH ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ NĂM 2018

1. NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG QUY TRÌNH THÀNH LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ĐỊA LÝ VÀ BẢN ĐỒ BA CHIỀU TỶ LỆ LỚN.

Link download:Nghiên cứu, xây dựng quy trình thành lập cơ sở không gian địa lý và bản đồ ba chiều tỷ lệ lớn.pdf

TS. Cáp Xuân Tú, ThS. Võ Thị Kim Giao, KS. Đỗ Trọng Hiếu
Công ty TNHH MTV Tài nguyên và Môi trường Việt Nam

Tóm tắt nội dung

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ đã mở ra những hướng mới trong lĩnh vực đo đạc và bản đồ. Cơ sở dữ liệu không gian địa lý và bản đồ ba chiều (3D) tỷ lệ lớn có ý nghĩa trong quy hoạch phát triển đô thị, kiến trúc, trong nhiệm vụ bảo trì duy tu các di tích lịch sử, mô phỏng thực địa trong mục đích phân định đường biên giới quốc gia...Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ, quy định kỹ thuật thành lập cơ sở dữ liệu không gian địa lý và bản đồ ba chiều (3D) tỉ lệ lớn trên cơ sở kế thừa các giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu đã có kết hợp với cập nhật mới từ các công nghệ đo đạc tiên tiến.

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học, thực tiễn để xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật, định mức, đơn giá cho sản phẩm công nghệ mới, phục vụ quản lý nhà nước trong lĩnh vực đo đạc, bản đồ và thông tin địa lý.

1.ĐẶT VẤN ĐỀ

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu về cơ sở khoa học, phương pháp luận, về chuẩn nội dung, mô hình dữ liệu, quy định mức độ chi tiết (LOD) phục vụ xây dựng CSDL không gian và bản đồ 3D. Các hãng, tổ chức quốc tế như Hexagon geosystems, Optech, Applanix, Riegl, Vexcel, DiMAC, TopoSys, Trimble, DigitalGlobe, NASA, GeoEye, CNES,… đã tập trung nghiên cứu, chế tạo các thiết bị thu nhận dữ liệu không gian. Các hãng ESRI, ERDAS, ENVI, AutoDesk, SpacEye, Skyline, Bentley, Microsoft, TerraSolid… đã tập trung nghiên cứu, phát triển nhiều phần mềm xây dựng và ứng dụng CSDL không gian địa lý và bản đồ 3D. Các tổ chức như ISPRS, FIG, ASPRS và các nhà khoa học nổi tiếng như Elberink, S. O., Kemec, S., Rasmussen, J. R., Hashim, M… đã nghiên cứu khoa học, tổ chức nhiều hội thảo về CSDL không gian và bản đồ 3D.

Cơ sở dữ liệu (CSDL) không gian địa lý và bản đồ 3D trên thế giới có nhiều định nghĩa, khái niệm và quy định nội dung khác nhau. Trong phạm vi bài viết này, CSDL không gian địa lý 3D được hiểu là dữ liệu về vị trí và hình dạng ba chiều của đối tượng địa lý trên bề mặt thực địa.

Bản đồ 3D là kết quả trình bày hiển thị dữ liệu không gian 3D thông qua ký hiệu, các biểu tượng ba chiều. CSDL không gian địa lý và bản đồ 3D được hiển thị, truy xuất, cập nhật, biên tập, xử lý, ứng dụng thông qua các phần mềm chuyên dụng.

Tại Việt Nam hiện nay, CSDL nền địa lý và bản đồ 2D đã phủ kín trên toàn lãnh thổ, trong đó, các thành phố, khu đô thị, kinh tế trọng điểm đã có CSDL tỷ lệ 1:2000, 1:5000. Đây là dữ liệu đã được xây dựng theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia, có thể sử dụng làm nguồn dữ liệu đầu vào cho bản đồ 3D. Tuy nhiên, công tác nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng CSDL không gian, bản đồ 3D cho đến nay cũng mới chỉ là những bước đi ban đầu. Các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này phải kể đến: Đề tài khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu ứng dụng dữ liệu LiDAR và ảnh viễn thám độ phân giải cao để xây dựng bản đồ 3D phục vụ quản lý đô thị” do Trung tâm Viễn thám Quốc gia thực hiện năm 2011; đề tài khoa học cấp cơ sở “Nghiên cứu cơ sở khoa học, đề xuất nội dung quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình 3D tỷ lệ 1/2000 và tỷ lệ 1/5000” do cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam thực hiện năm 2013. Các đề tài khoa học chủ yếu nghiên cứu ứng dụng phần mềm, công nghệ thế giới vào thành lập mô hình 3D, chưa có nội dung nghiên cứu về cấu trúc dữ liệu không gian, mối liên quan giữa CSDL và bản đồ 3D và các loại dữ liệu địa lý tỷ lệ lớn thường được xây dựng cho các khu vực đô thị để đưa ra quy trình công nghệ cho loại sản phẩm dữ liệu này. Các kết quả nghiên cứu chưa đủ căn cứ để xây dựng và ban hành các tiêu chuẩn, quy chuẩn, quy định kỹ thuật, làm cơ sở pháp lý để triển khai các nhiệm vụ sản xuất.

Hiện nay với tốc độ đô thị hóa mạnh, nhiệm vụ quy hoạch kiến trúc, đô thị luôn là vấn đề được quan tâm. Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn, đặc biệt là ứng dụng công nghệ phân tích dữ liệu không gian trong các đề án xây dựng thành phố thông minh (Citymart) dữ liệu không gian và bản đồ địa hình 3D là rất cần thiết. Mục tiêu nghiên cứu cần thiết lập quy trình công nghệ xây dựng CSDL không gian, bản đồ 3D tỷ lệ lớn 1:2000, 1:5000.

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, trong năm 2016 Bộ TNMT đã đặt hàng nhiệm vụ nghiên cứu khoa học cho Tổng công ty TN&MT Việt Nam đề tài:“Nghiên cứu, xây dựng quy trình thành lập cơ sở dữ liệu không gian địa lý và bản đồ ba chiều tỷ lệ lớn”. Mục tiêu của đề tài nhằm xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, khung cấu trúc, bộ ký hiệu, quy trình kỹ thuật, phương pháp thành lập CSDL không gian địa lý và bản đồ ba chiều để phục vụ xây dựng văn bản quy phạm, định mức kinh tế - kỹ thuật trong xây dựng hạ tầng dữ liệu không gian và bản đồ ba chiều. Bài báo này giới thiệu những kết quả nghiên cứu chính của đề tài.

2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là giải pháp, quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu không gian địa lý 3D, bản đồ 3D được dẫn xuất từ cơ sở dữ liệu. Nội dung nghiên cứu bao gồm: Các chỉ tiêu kỹ thuật đối với cấu trúc CSDL, bản đồ 3D, các giải pháp kỹ thuật, quy trình xây dựng dữ liệu và bản đồ 3D; tính đồng bộ và kế thừa các văn bản quy định CSDL nền địa lý, bản đồ địa hình 2D đã ban hành. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn đối với khu vực đô thị, thành phố, nơi đã có CSDL nền địa lý và bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000, 1:5000.

Nhiệm vụ nghiên cứu được thực hiện với một số phương pháp sau đây:

- Phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích, kế thừa tối đa các thành quả nghiên cứu của thế giới và trong nước về xây dựng CSDL không gian địa lý và bản đồ 3D.
- Phương pháp sử dụng các công nghệ tiên tiến, các biện pháp kỹ thuật, các quy chuẩn dữ liệu của thế giới trong thành lập CSDL không gian địa lý và bản đồ 3D để vận dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam.
- Phương pháp chuyên gia: Tổ chức các hội thảo và xin ý kiến các nhà khoa học, các chuyên gia. Phối hợp với cơ quan quản lý ngành (Cục Đo đạc, bản đồ và thông tin địa lý Việt Nam) để nghiên cứu và xây dựng quy trình thành lập CSDL không gian địa lý và bản đồ ba chiều.
- Phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng, hoàn thiện nội dung đã nghiên cứu về xây dựng CSDL không gian địa lý và bản đồ 3D. Xây dựng chương trình, kế hoạch, phân công nhiệm vụ, tổ chức triển khai chặt chẽ, khoa học, đảm bảo thực hiện tốt các công việc.

3. Kết quả nghiên cứu

3.1. Xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật đối với dữ liệu không gian địa lý 3D
a. Cấu trúc dữ liệu 3D.
Cấu trúc dữ liệu 3D được thiết lập như sau:
- Kế thừa cấu trúc phân loại đối tượng địa lý tại Quy định kỹ thuật về mô hình cấu trúc, nội dung CSDL nền địa lý tỷ lệ 1/2000 và 1/5000 – Thông tư số 55/2014-TT-BTNMT ngày 12/9/2014.
- Thiết lập danh mục phân loại đối tượng theo chỉ tiêu kỹ thuật và mức độ chi tiết thể hiện trong không gian ba chiều, với các mức sau đây:

Lod 0: Các đối tượng có chênh cao không đáng kể so với bề mặt địa hình được trình bày thể hiện ngay trên bề mặt địa hình thông qua mô hình số địa hình (DTM - Digital Terrain Model)

Lod 1: Các đối tượng có chênh cao cần được hiển thị trong không gian so với bề mặt địa hình bằng các mô phỏng dạng khối, mặt đơn giản, không thể hiện đến mức chi tiết các kiến trúc công trình như mái nhà, ban công…

Lod 2: Bao gồm mức chi tiết như mức Lod 1 kèm theo mô phỏng các mặt, khối của công trình, chi tiết ở mức đơn giản;

Lod 3: Bao gồm mức chi tiết như mức Lod 2 kèm theo cấu trúc chi tiết bên ngoài kết hợp với ảnh chụp phối cảnh công trình

Danh mục đối tượng không gian 3D được bao gồm hai nhóm:

- Nhóm các đối tượng nền (Lod 0) được kế thừa từ CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:2000, 1:5000 được hiển thị theo giá trị độ cao nội suy từ mô hình số địa hình (DTM).
- Nhóm các đối tượng độ cao (Lod 1 đến Lod3) được hiển thị theo giá trị độ cao xác định từ mô hình số bề mặt (DSM), tỷ cao, tỷ sâu hoặc kết quả thực hiện phép đo đối tượng, chi tiết của đối tượng hoặc chụp ảnh. Danh sách đối tượng thuộc các chủ đề dữ liệu như sau:

Chủ đề: Cơ sở đo đạc (CoSoDoDac)

Chủ đề: Điạ hình (DiaHinh)

Chủ đề: Giao thông (GiaoThong)

Chủ đề: Dân cư cơ sở hạ tầng (DanCuCoSoHaTang)

Chủ đề: Thực vật (PhuBeMat)

b. Độ chính xác của dữ liệu 3D

- Độ chính xác tuyệt đối về mặt phẳng, độ cao của đối tượng địa lý được kế thừa từ các nguồn cơ sở dữ liệu nền địa lý;
- Mức độ chi tiết của đối tượng Lod 1 được so sánh với giá trị độ cao của đối tượng trên đám mây điểm (DSM) hoặc giá trị chênh cao tương đối của chi tiết đối tượng 3D so với bề mặt địa hình (DTM) hoặc các kế quả đo đạc để xác định giá trị chênh cao đó;
- Mức độ chi tiết của đối tượng Lod 2, Lod 3 kiểm tra theo kết quả thu nhận thông tin, chụp ảnh tại thực địa.

3.2. Xây dựng CSDL không gian 3D

3.2.1 Các giải pháp xây dựng CSDL không gian và bản đồ 3D
-    Giải pháp kế thừa cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:2000, 1:5000 hiện có được áp dụng đối với hầu hết các đối tượng khi hiển thị ở mức Lod 0
-    Giải pháp đo vẽ ảnh hàng không kỹ thuật số được áp dụng để thu nhận dữ liệu chênh cao của đối tượng so với bề mặt hoặc các công nghệ chụp xiên phục vụ hiển thị đối tượng mức Lod 2 và Lod 3. Tuy nhiên đối với công nghệ hiện có tại Việt Nam công nghệ mới cho phép áp dụng phương pháp đo vẽ ảnh lập thể trên các trạm ảnh số
-    Giải pháp sử dụng công nghệ quét Lidar mặt đất cho phép thu nhận dữ liệu với độ chính xác rất cao, phù hợp với địa hình khu vực đô thị và các công trình kiến trúc trong phạm vi nhỏ. Tuy nhiên chi phí đầu tư đắt tiền, dung lượng dữ liệu lớn đòi hỏi các thiết bị xử lý có cấu hình cao.
-    Giải pháp sử dụng công nghệ bay quét LiDAR kết hợp với chụp ảnh hàng không kỹ thuật số. Đây là công nghệ được cho là có hiệu quả nhất hiện nay đối với khu vực thành phố có nhiều công trình kiến trúc. Hệ thống CityMapper hiện đã được ứng dụng tại Việt Nam cho phép chụp ảnh các mặt xung quanh của nhà cao tầng, công trình kiến trúc, cung cấp nguồn dữ liệu tốt để xây dựng dữ liệu và bản đồ 3D.
Trong điều kiện hiện nay của Việt Nam, giải pháp phối hợp các công nghệ được cho là hiệu quả cần được tính toán phù hợp với nhu cầu xây dựng CSDL 3D để đảm bảo tính kinh tế tối ưu.
3.2.2 Quy trình công nghệ
Dựa trên kết quả nghiên cứu các giải pháp công nghệ hiện có tại việt Nam và thực tế triển khai một số công trình sản xuất, thử nghiệm, quy trình kỹ thuật thành lập CSDL không gian và bản đồ 3D được thể hiện bằng sơ đồ dưới đây:

Hình 1: Sơ đồ quy trình công nghệ

xây dựng CSDL không gian địa lý và bản đồ 3D

3.2.3 Nội dung xây dựng CSDL không gian địa lý và bản đồ 3D
a. Phân loại, tách lọc đối tượng theo mức chi tiết thể hiện 3D
Từ CSDL nền địa lý 1:2000, 1:5000 đã được đóng gói theo chủ đề, khởi tạo bổ sung thuộc tính “Lod” để phân loại theo quy định.

Để có thể kiểm soát được dữ liệu độ cao phục vụ hiển thị Lod, bổ sung các trường thuộc tính liên quan đến nguồn dữ liệu được sử dụng để xác định độ cao đối tượng hoặc chênh cao đối tượng so với bề mặt thực địa, thuộc tính độ cao riêng của đối tượng. Thuộc tính về nguồn dữ liệu được mã hóa và gán cho từng loại đối tượng hoặc đối tượng có các mức Lod khác nhau để dễ dàng tách lọc, điều tra bổ sung và xử lý dữ liệu sau này.
Tách lọc đối tượng được thực hiện bằng phương án các thuộc tính để phục vụ thể hiện bản đồ 3D bằng các chế độ “bật/tắt” đối tượng theo chỉ thị biên tập bản đồ đối với từng khu vực và yêu cầu sử dụng.

b.Gán thuộc tính đối tượng theo mức chi tiết thể hiện 3D

Để hiển thị Lod=0, hầu hết các đối tượng được gán độ cao bằng giá trị nội suy từ mô hình số địa hình. Trong số các đối tượng đó, dựa vào thuộc tính Lod đã được gán cho đối tượng phục vụ tách lọc tùy mức Lod để tách chi tiết các đối tượng có thể được thực hiện trong nhà với các đối tượng cần điều tra bổ sung ngoại nghiệp.

Đối với các đối tượng mức Lod=1 có chênh cao xác định từ các nguồn dữ liệu khác nhau cần phải đồng bộ so với cơ sở dữ liệu nền địa lý và bản đồ địa hình về các thuộc tính tỷ cao, tỷ sâu hoặc các thuộc tính liên quan. Các loại đối tượng hình tuyến thường thể hiện đồng thời với công trình phụ thuộc như giao thông, đê đập, kênh mương hoặc các đối tượng có chênh cao thực tế không lớn cần xác định mức thu phóng để phân biệt so với các đối tượng khác.

Các đối tượng mô phỏng 3D trên bề mặt DTM được hình thành từ các đối tượng địa lý vẽ theo tỷ lệ, kết hợp với thông tin cần thiết để khôi phục lại các hình khối của công trình. Ví dụ bề mặt mái được thu nhận từ dữ liệu ảnh hàng không, độ cao riêng của đối tượng là thuộc tính đã được gán. Các đối tượng phi tỷ lệ được thể hiện bằng ký hiệu 3D trong thư viện ký hiệu đã thiết kế, trong đó độ cao của ký hiệu bằng độ cao riêng của của đối tượng.

Khi thao tác dữ liệu trên các phần mềm GIS, đối tượng đã được tổ chức theo kiểu hình học (Geo) dưới dạng điểm, đường, vùng. Theo quy định, hầu hết các đối tượng kiểu vùng (GM_Surface), kiểu đường (GM_Curve) đều đã có đối tượng không gian trong CSDL nền địa lý. Dựa trên thuộc tính phân loại Lod để phân biệt các đối tượng cần thu nhận bổ sung thêm thông tin phục vụ mô phỏng mặt, khối ở ngoại nghiệp. Các đối tượng kiểu GM_Point cần thu nhận độ cao riêng của của đối tượng cần được phân loại bằng thuộc tính sao cho thể hiện rõ ràng trên bình đồ ảnh, phục vụ điều tra ngoại nghiệp.

c. Đo đạc bổ sung ngoại nghiệp phục vụ chuẩn hóa đối tượng 3D

Để phục vụ điều tra, bổ sung ngoại nghiệp cần thể hiện kết quả tách lọc đối tượng đã được thực hiện trên nền ảnh nắn trực giao.
Trường hợp các công trình kiến trúc cần thể hiện mức Lod 3 cần thu thập tài liệu, bản vẽ thiết kế để sử dụng khi đo chi tiết,
Tiến hành chụp ảnh phối cảnh các mặt công trình
Tiến hành đo chi tiết các phần công trình theo kiến trúc thực tế trong trường hợp cần đáp ứng yêu cầu thể hiện mức Lod 3
Điều tra, đo đạc bổ sung các biến động địa hình như khu vực san lấp, công trình, đào bới, sử dung kết quả này để cập nhật vào DTM.

d. Xây dựng CSDL không gian địa lý 3D

CSDL không gian địa lý 3D bao gồm các gói chủ đề đã được bổ sung thuộc tính liên quan đến thể hiện bản đồ 3D. Dữ liệu ảnh phục vụ thể hiện 3D được tổ chức theo quy định để kết nối với đối tượng Lod 2, 3.
Sau khi thu nhận đầy đủ thông tin thuộc tính cần thiết, tiến hành rà soát chỉnh sửa, bổ sung cho các đối tượng, đồng thời hiển thị trình bày đối tượng không gian với các thuộc tính, tiến hành tu chỉnh, hoàn thiện cơ sở dữ liệu.

e. Quản lý chất lượng CSDL không gian địa lý 3D

Về cơ bản kế thừa các quy định đánh giá chất lượng CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:2000, 1:5000 với các nhóm tiêu chí cơ bản sau:
-    Mức độ đầy đủ của dữ liệu
-    Mức độ phù hợp của dữ liệu với quy định
-    Độ chính xác mặt phẳng, độ cao được so sánh với dữ liệu nguồn hoặc các kết quả đo bổ sung, cập nhật biến động
Trong đó đối tượng có mức Lod khác 0 cần kiểm tra thuộc tính giá trị độ cao riêng của đối tượng so với kết quả thu nhận.
Mức độ chính xác của thuộc tính độ cao đánh giá cho từng mức chi tiết (Lod). Trường hợp thông tin không đủ điều kiện thể hiện mức chi tiết theo thiết kế, tiến hành đo bổ sung hoặc chuyển xuống mức chi tiết thấp hơn, được ghi nhận vào siêu dữ liệu.

3.3. Thành lập bản đồ địa hình 3D.

Bản đồ địa hình 3D được thành lập từ kết quả trình bày, hiển thị dữ liệu không gian địa lý 3D. Nội dung thành lập bản đồ địa hình 3D bao gồm:
•    Xây dựng bộ ký hiệu bản đồ 3D.
•    Tạo nền địa hình 3D, công đoạn này được thực hiện như sau:
+ Dữ liệu đầu vào: Gồm mô hình số địa hình (DTM) và orthor hoặc true_orthor. Sử dụng mô hình số địa hình độ phân giải 2m (đối với tỉ lệ 1: 2000) và 5m (đối với tỉ lệ 1:5000) để thể hiện nền độ cao của khu vực.
+ Sử dụng phần mềm ARCGIS để gán (Base) độ cao cho bình đồ ảnh theo mô hình số địa hình. Tất cả các đối tượng của bản đồ 3D sẽ được thể hiện lên trên nền địa hình 3D này.
•    Cắt ảnh tạo nền DSM cục bộ: Là mô hình số cục bộ của các khu vực có các đối tượng đặc biệt như cầu, cầu vượt... Mô hình này được xây dựng từ các điểm độ cao thuộc khu vực cầu (Độ cao của khu vực này có thể được thu nhận từ đám mây điểm của dữ liệu Lidar, trên trạm ảnh số hoặc đo trực tiếp) và sẽ được sử dụng làm nền độ cao để thể hiện ảnh trực giao bề mặt đối tượng. Ranh giới của DSM cục bộ này là vị trí khi mức chênh cao với bề mặt DEM xung quanh bắt đầu vượt chênh cao 0,5m.
•    Xây dựng mô hình đối tượng địa vật yêu cầu độ chi tiết cao. Các đối tượng cần dựng chi tiết được quy định cụ thể như sau:
+ Đối với trụ sở các ban, ngành, các cơ sở kinh tế lớn như ngân hàng, khu công nghiệp: Dựng chi tiết các toà nhà chính trong trụ sở UBND các cấp (tỉnh, thành phố, phường, xã);
+ Đối với các khu dân cư: Dựng chi tiết các nhà có ý nghĩa phương vị, các toà nhà chính đặc trưng có tính chất khác biệt các toà nhà khác, nhà thi đấu, nhà văn hóa, tượng đài liệt sỹ, nhà tưởng niệm cấp thành phố trở lên, các cơ sở tôn giáo tính ngưỡng (đình, chùa, nhà thờ, di tích lịch sử được xếp hạng cấp Nhà nước);
Các nhóm đối tượng này được thiết kế trên phần mềm SkyLine theo đúng cấu trúc thực tế và được dán ảnh trên các mặt, mái. Các đối tượng khác thể hiện ở mức LOD 2, 3 được dựng mô hình ngoại tiếp đối tượng và dán ảnh bề mặt là ảnh chụp thực tế của đối tượng. Sau khi dựng mô hình trong phần mềm SkyLine sẽ được chuyển đổi sang định dạng .gdb của ARCGIS.
•    Trình bày bản đồ địa hình 3D trên phần mềm ARCGIS.
Bản đồ 3D được thành lập từ CSDL không gian địa lý, khi biên tập, trình bày trong phần mềm ARCGIS phải thể hiện nổi bật được các nhóm đối tượng: Cơ sở đo đạc, Địa giới hành chính, Địa hình, Thủy hệ, Giao thông, Dân cư hạ tầng cơ sở, Phủ bề mặt. Các thành phần bản đồ được thể hiện như sau:
    Nền bản đồ 3D từ DTM và bình đồ ảnh
    Mô hình đối tượng địa vật theo các Lod
    Các đối tượng có hình dạng, cấu trúc phổ biến như: cột điện, trạm thu phát sóng ..., các đối tượng dạng đường sử dụng trong bộ ký hiệu 3D.
    Biểu tượng được sử dụng nhằm hỗ trợ cho việc đọc bản đồ 3D, vì vậy các biểu tượng phải được thiết kế quen thuộc với người sử dụng bản đồ. Các ký hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000, 1:5000 được chuyển thành các biểu tượng tương ứng trong bản đồ 3D.
    Ghi chú cho các đối tượng thuộc hệ thống giao thông, thuỷ hệ theo phiên âm tiếng Việt và font chữ Unicode. Các ghi chú được đặt chạy dọc theo đối tượng hình tuyến và đặt tại vị trí trung tâm của đối tượng dạng vùng. Đối với ghi chú địa danh dân cư được đặt vuông góc với bề mặt địa hình.

3.3.1 Ký hiệu hóa bản đồ 3D.

Các đối tượng bản đồ 3D được hiển thị theo các nhóm đối tượng đã được gán thuộc tính là giá trị độ cao của đối tượng và các chi tiết đối tượng trong CSDL không gian địa lý 3D. Sử dụng công cụ của phần mềm đối tượng kiểu đường được mô phỏng như mặt thẳng đứng, đối tượng kiểu vùng được mô phỏng như đồ hình khối. Các đối tượng không có độ cao riêng được thể hiện bằng độ cao bề mặt địa hình. Ký hiệu hóa bản đồ 3D thể hiện trong sơ đồ sau:

3.3.2. Kết quả thử nghiệm thành lập bản đồ 3D

Thử nghiệm quy trình xây dựng CSDL không gian và bản đồ 3D được tiến hành trên phạm vi 01 mảnh bản đồ tỉ lệ 1/2000 thuộc quận Hoàng Mai (Hà Nội) và 01 mảnh bản đồ tỉ lệ 1/5000 khu vực Thái Nguyên.
Nguồn dữ liệu cơ bản là cơ sở dữ liệu nền địa lý và dữ liệu bay quét Lidar đã được sử dụng trong quá trình xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý.

Áp dụng quy trình đề xuất từ kết quả nghiên cứu trên phạm vi dữ liệu thử nghiệm đã thu nhận được một số kết quả như hình dưới đây:

Hình 4: Mô hình LOD 2, LOD 3 bản đồ địa hình 3D khu vực Linh Đàm

Quá trình thử nghiệm đã áp dụng thư viện ký hiệu 3D dưới đây:

4. Kết Luận

Bài viết đã giới thiệu được những nội dung nghiên cứu cơ bản về xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, khung cấu trúc, bộ ký hiệu, quy trình kỹ thuật, phương pháp thành lập CSDL không gian địa lý và bản đồ ba chiều. Kết quả nghiên cứu cung cấp một số cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng các văn bản kỹ thuật phục vụ triển khai các chương trình, dự án trong thực tiễn, về xây dựng CSDL và bản đồ 3D, đồng thời góp phần hoàn thiện hệ thống văn bản quy phạm, xây dựng định mức kinh tế - kỹ thuật ngành Đo đạc bản đồ.

Nội dung nghiên cứu là một sản phẩm khoa học, góp phần tăng cường, hiện đại hóa cơ cấu hạ tầng kỹ thuật và bổ sung loại hình sản phẩm trong ngành trắc địa bản đồ, góp phần thúc đẩy các ứng dụng sản phẩm Đo đạc bản đồ tiên tiến phù hợp với xu thế hòa nhập thế giới.

Tuy nhiên, đây mới chỉ là nghiên cứu và thực nghiệm ban đầu, do vậy cần phải có các dự án triển khai trên diện rộng để đánh giá và hoàn thiện quy trình.

Tài liệu tham khảo

1. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở “Nghiên cứu cơ sở khoa học, đề xuất nội dung quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình 3D tỷ lệ 1/2000 và tỷ lệ 1/5000”. Chủ nhiệm ThS. Mai Anh Dũng, Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam, năm 2013.
2. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở ” Nghiên cứu ứng dụng công nghệ LiDAR kết hợp chụp ảnh số thành lập bình đồ trực ảnh phục vụ xây dựng bản đồ 3D khu vực thành phố”. Chủ nhiệm KS. Trần Hùng Cường, Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam, năm 2015.
3. Thông tư 55 Bộ TN&MTquy định kỹ thuật về mô hình cấu trúc, nội dung cơ sở dữ liệu nền địa lý và bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 và 1:5000.
4. Bellaiche, N. 2010. A semi-automatic process for virtual cities in 3D, EuroSDR. Dublin.
5. BlomAsa, 2011. Blom3dTM – The largest catalog of 3D city Models in the World.
6. BlomInfo, 2008. All buildings in Denmark have been produced as a country wide 3D map.
7. BlomInfo, 2009. Blom has completed first 40 high quality 3D model of cities throughout Europe, Geoinformatics Magazine.
8. Elberink, S. O. 2010. Acquisition of 3D topography: Automated 3D road and buiding reconstruction using airborn laser scaner data and topographic maps. Twente University Enschede, The Netherlands.

Research, build the rules to produce the geospatial database and big scale three-dimensional map
Dr. Cap Xuan Tu, MSc. Vo Thi Kim Giao, Eng. Do Trong Hieu
Vietnam Natural Resources and Environment Corporation

Abstracts:

In practice, there are many technologies, methods, data sources to build geospatial database and three-dimensional map. This is a new technology, new products, associated with the age of information technology and modern social management. The task of researching and developing a process for the establishment of a geospatial database and a big scale three-dimensional map suitable to Vietnam's conditions is urgent and is an objective to be met in order for the cause of industrialization and modernization of the country.

The task of research, build the technical standard, the database structure frame, 3D symbol complete, the rules to process, set up a details executive method, draft circular, that are thecontentsof the core is introduced in this articlefor building the legal documents, norm, the price for the product, support to the government management in the geodesy, map and the geography information.

2. NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÁC CÔNG NGHỆ THU THẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ĐỊA LÝ PHỤC VỤ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA MỤC TIÊU.

Link download:Nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ thu thập dữ liệu không gian địa lý phục vụ cơ sở dữ liệu đa mục tiêu.pdf

ThS. Dương Văn Hải, ThS Bùi Huy Hoàng,
TS Cáp Xuân Tú, KS. Trần Đức Thuận
Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam

Tóm tắt:

Xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) đa mục tiêu từ sản phẩm của các công nghệ thu thập dữ liệu không gian địa lý là xu hướng phát triển mới trên thế giới. Tích hợp các dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu tổng hợp phục vụ chung cho các ngành là sự tối ưu hóa việc khai thác dữ liệu, đáp ứng nhu cầu sản phẩm đa dạng của thị trường.

Nghiên cứu các công nghệ thu thập dữ liệu không gian địa lý, phân tích khả năng thực hiện tích hợp dữ liệu, xây dựng qui trình thành lập, báo cáo kết quả thực nghiệm và chỉ ra các ứng dụng của CSDL đa mục tiêu là những nội dung chính được giới thiệu trong bài viết này nhằm cải tiến phương pháp khai thác dữ liệu truyền thống, phù hợp thời đại cách mạng công nghiệp lần thứ 4.

MỞ ĐẦU

Hiện nay, khoa học công nghệ nói chung và công nghệ thu thập dữ liệu địa không gian địa lý nói riêng đang phát triển hết sức mạnh mẽ. Nhiều công nghệ mới và hiện đại được ứng dụng vào thực tế sản xuất. Các dữ liệu từ công nghệ mới (LiDAR, Ảnh số, UAV, Viễn thám...) bao gồm đám mây điểm (Poincloud), ảnh trực giao (ortho photo), mô hình số bề mặt (DEM), mô hình số mặt đất (DTM), ảnh cường độ (Intensity) đảm bảo sự vượt trội về độ chính xác của dữ liệu không những về không gian mà còn thời gian (tính thời sự của dữ liệu).

Trong thực tiễn ngày nay, hệ thống dữ liệu truyền thống bao gồm CSDL nền thông tin địa lý, CSDL đất đai, bản đồ địa hình, địa chính và các bản đồ và CSDL chuyên đề khác có khối lượng rất đồ sộ, nhưng đang được khai thác riêng rẽ, phân tán, thiếu hiệu quả, chưa phát huy hết khả năng sử dụng của từng loại sản phẩm. Các dự án về khảo sát và thành lập bản đồ hay DTM được đầu tư khảo sát bằng các công nghệ mới tốn rất nhiều kinh phí, nhưng các sản phẩm thường chỉ phục vụ cho một mục đích duy nhất, các sản phẩm đầu vào và sản phẩm trung gian chưa được khai thác gia tăng giá trị của nó, đây là vấn đề đặc biệt lãng phí.

Ngày nay, với hạ tầng công nghệ thông tin hiện đại, khả năng kết hợp dữ liệu để khai thác tối ưu là một là một nhu cầu cấp bách trong thực tế. Vấn đề đặt ra là xây dựng một cơ sở dữ liệu đa mục tiêu, bao gồm tất cả các loại dữ liệu của các công nghệ hiện có để phục vụ khai thác chung dữ liệu cho tất cả các ngành, các đơn vị là nhiệm vụ cấp thiết và rất thời sự. Tổng hợp các dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu tổng hợp phục vụ chung cho các ngành là sự tối ưu hóa việc khai thác dữ liệu, đáp ứng nhu cầu sản phẩm đa dạng của thị trường.

Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam trong định hướng chiến lược phát triển luôn coi trọng việc phát triển khoa học công nghệ đo đạc và bản đồ phù hợp với điều kiện trong nước đồng thời tiếp cận với trình độ tiên tiến của thế giới. Để nâng cao năng lực, vị thế, mở rộng hợp tác trong nước và quốc tế, khai thác tối đa giá trị của các sản phẩm ảnh, CSDL nền thông tin địa lý, bản đồ địa hình, địa chính đã có, cần bổ sung thêm các sản phẩm đa dạng khác để xây dựng một CSDL đa mục tiêu phục vụ đa ngành, đa lĩnh vực. Như vậy, cần thiết phải nghiên cứu, thiết kế, xây dựng một CSDL đa mục tiêu.

Xây dựng CSDL đa mục tiêu là xây dựng khung về tổ chức, khai thác và cập nhật dữ liệu với nhiều nguồn gốc dữ liệu độc lập, dựa trên nền tảng công nghệ thông tin hiện đại. CSDL đa mục tiêu là tổng hợp theo hệ thống các dữ liệu thành phần, nhưng các dữ liệu không hòa trộn và được bảo tồn cấu trúc nguyên trạng. Các dữ liệu thành phần gồm: CSDL nền thông tin địa lý, bình đồ ảnh, DEM, bản đồ địa hình; CSDL đất đai, bản đồ địa chính; các dữ liệu bản đồ chuyên đề khác; đám mây điểm thu nhận bằng công nghệ LiDAR hàng không và mặt đất, ảnh cường độ; các loại ảnh viễn thám; các đám mây điểm ảnh và video thu nhận từ hệ thống bay không người lái UAS, dữ liệu quét phi địa hình mô tả bên trong một số đối tượng chính.

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ THU THẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ĐỊA LÝ

Trên thế giới, hàng loạt các công nghệ mới trong lĩnh vực thu thập dữ liệu không gian địa lý đã và đang được phát triển và ứng dụng tiêu biểu như: Công nghệ LiDAR tích hợp chụp ảnh hàng không của Leica, Optech, Riegl, Trimble; công nghệ chụp ảnh bằng thiết bị gắn trên ôtô và xây dựng đám mây điểm ảnh của Earthmine, Google; công nghệ tích hợp chụp ảnh và quét Laser gắn trên phương tiện di chuyển của Leica Geosystems như: Leica Pegasus Two, Leica Pegasus Backpack, Leica Pegasus Stream; công nghệ tích hợp chụp ảnh và quét Laser 3D theo trạm của Trimble, FARO; công nghệ chụp ảnh và quay video từ các hệ thống bay không người lái UAS; các công nghệ thu thập dữ liệu không gian truyền thống như công nghệ Viễn thám, công nghệ đo vẽ ảnh số với máy chụp ảnh số hàng không, công nghệ ứng dụng GNSS, các thiết bị trắc địa và địa không gian đều được cải tiến, nâng cấp rất hiện đại. Tuy nhiên, mỗi công nghệ có ưu thế, tính năng, đặc điểm riêng và tạo ra các sản phẩm có tính chất, cách thức mô tả, định dạng dữ liệu, quản lý, khai thác dữ liệu rất khác nhau. Mỗi công nghệ thường chỉ được hướng tới một số loại sản phẩm với mục đích và đối tượng phục vụ riêng. Vậy nên, nhiều nước trên thế giới (như Anh, Hàn Quốc, ...) đã tiến hành tổng hợp sản phẩm của nhiều công nghệ trong một cơ sở dữ liệu để khai thác, chia sẻ tối đa dữ liệu không gian theo các mục đích khác nhau [3].

Đồng hành với sự phát triển công nghệ thì nhu cầu khai thác dữ liệu không gian phục vụ phát triển kinh tế, xã hội và con người cũng ngày càng đòi hỏi cao hơn. Các sản phẩm như Bản đồ địa hình, địa chính truyền thống đã dần không thỏa mãn đủ các yêu cầu mô tả và khai thác dữ liệu trong thực tế hiện đại. Dữ liệu bề mặt trái đất theo xu hướng tất yếu trong thời đại công nghệ thông tin là phải hướng đến sự mô tả chi tiết đối tượng, bao gồm đủ yếu tố không gian 3D và các thuộc tính cụ thể hơn. Các ứng dụng thực tiễn ngày càng có nhiều yêu cầu phải thỏa mãn đầy đủ các công cụ vận hành, khả năng tác nghiệp kỹ thuật cho người quản lý, khai thác dữ liệu với các chức năng như quan sát trực quan, cập nhật, xử lý, đo vẽ, thiết kế, in ấn, trích xuất và lưu trữ dữ liệu theo các mục đính đa ngành.

Quá trình nghiên cứu nhóm tác giả đã sử dụng các kỹ thuật: GIS, công nghệ đo vẽ ảnh số, công nghệ LIDAR hàng không, công nghệ UAV, công nghệ Lidar mặt đất, các phần mềm thu thập và thành lập bản đồ 2D/3D, bản đồ Webmap, GIS,…

Trong khuôn khổ bài viết chúng tôi tóm lược giới thiệu một số công nghệ đang được ứng dụng trong sản xuất như sau:

1. Công nghệ thu thập dữ liệu trực tiếp tại thực địa:

Đo đạc trực tiếp ngoài thực địa là sử dụng các máy toàn đạc điện tử, đo động GNSS RTK để đo các đối tượng địa hình, địa vật, cây cối, đường dây, công trình xây dựng, giao thông thành lập bản đồ tỷ lệ lớn truyền thống. Thực tế phương pháp này thi công chậm và rất tốn kém công sức, nên chỉ áp dụng bổ sung vùng diện tích nhỏ và dùng phục vụ bổ trợ cho các phương pháp khác. Các sản phẩm có sẵn từ phương pháp truyền thống này như bản đồ địa chính, địa hình và các CSDL đi kèm thường ở tỷ lệ bản đồ lớn, có độ chính xác cao.

2. Công nghệ đo ảnh viễn thám:

Nguyên lý cơ bản của ảnh viễn thám đó là đặc trưng phản xạ hay bức xạ của các đối tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau. Các ảnh có độ phân giải cao (<10m) như: IKONOS (1,4m), Quickbird (0,7; 2.8m), SPOT 5 (2,5; 5; 10m), là ảnh đa phổ (3 – 10 kênh phổ). Ảnh vệ tinh quang học đa phổ có thể được nắn trực giao sử dụng mô hình số địa hình và dùng làm ảnh phủ bề mặt trong thành lập bản đồ 3D. Ảnh viễn thám chứa nhiều thông tin, có phạm vi cảnh rộng và ngày càng có các ảnh độ phân giải cao, do đó nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

3. Công nghệ Lidar tích hợp chụp ảnh hàng không:

Đây là công nghệ hàng đầu thế giới trong việc thu thập, xử lý dữ liệu không gian địa lý với độ chính xác cao, chất lượng đáp ứng được mọi yêu cầu. Công nghệ này sự kết hợp giữa phép đo trực tiếp độ cao (quét Lidar) và đo vẽ ảnh hàng không để xác định vị trí mặt phẳng của các điểm địa hình, địa vật. Sự phát triển của khoa học và công nghệ đã mở ra khả năng tích hợp hai công nghệ nói trên nhằm mang lại hiệu quả lớn hơn cho việc thu nhận dữ liệu không gian địa lý, đặc biệt ở khu vực lớn, yêu cầu độ chính xác cao.

Hệ thống CityMapper – Leica

- Hệ thống Citymapper: bao gồm máy ảnh đa phổ RCD 30, ống kính thẳng đứng CH 82 và 4 ống kính xiên CH 81, Tiêu cự: 80 mm, kích thước pixel: 5.2µm, kích thước CCD 10.320 x 7.752 pixels, giải phổ: Đỏ, xanh lá cây, xanh da trời và cận hồng ngoại (RGB và NIR).

- Thiết bị Lidar tích hợp trong hệ thống này là cảm biến Lidar Hyperion có thể nhận tín hiệu phản hồi lên tới 15 xung, Độ chính xác độ cao: < 5 cm 1 σ, độ chính xác mặt phẳng: <13 cm 1 σ.

- Bộ đo quán tính IMU LCI – 100C.
- Hệ thống giá đỡ ổn định PAV100 với bộ cảm biến con quay hồi chuyển luôn ổn định cân bằng hệ thống Lidar – máy ảnh trong suốt quá trình thu nhận dữ liệu.
Hệ thống Citymapper là công nghệ hàng đầu trên thế giới, ứng dụng hiệu quả cho việc lập mô hình 3D thành phố trong môi trường đô thị phức tạp.

Ngoài ra Tổng công ty đã sử dụng trong sản xuất hệ thống Lidar tích hợp máy ảnh kỹ thuật số Harrier 56 (CHLB Đức) kết hợp máy quét Lidar LMS-Q560 (Riegl) với máy ảnh Rollei AIC P45.
Các sản phẩm: Đám mây điểm Lidar, Ảnh nắn trực giao (orthophoto), mô hình số bề mặt DSM, mô hình số địa hình DTM, mô hình lưới kết cấu 3D (Textured Mesh).

4. Công nghệ Lidar mặt đất:

Máy quét laser mặt đất là hệ thống mà máy quét được đặt trên giá đỡ ba chân tại một điểm cố định. Để tham chiếu dữ liệu đám mây điểm thu được về một hệ thống tọa độ nhất định thì điểm cố định phải là điểm đã biết tọa độ (X, Y, Z). Cấu tạo bao gồm các hợp phần chính sau:

- Thiết bị phát tạo chùm tia laser.
- Tấm gương lệch để hướng chùm tia laser về phía đối tượng hay khu vực quét.
- Hệ thống máy thu quang học thứ cấp để xác định tín hiệu laser phản xạ.
Ngày nay, các thiết bị quét laser mặt đất chủ yếu được chế tạo để có thể quét được ở chế độ toàn cảnh tại một vị trí đứng máy. Bán kính quét với trục đứng từ 270o đến trên 300o, trục ngang 360o.
Một số máy mà Tổng công ty đang sử dụng trong sản xuất như:
+ SPS ZOOM 300 hoạt động 300m, Độ chính xác ±6mm (ở khoảng cách 50m); ±10mm ở khoảng cách 100m, 40.000 điểm/giây.
+ LASER FARO FOCUS3DS hoạt động 120m, Độ chính xác ± 2mm @ 25m. [5]
Các sản phẩm: Đám mây điểm Lidar, mô hình số địa hình DTM.

5. Công nghệ chụp ảnh bằng thiết bị bay không người lái UAV

+ Hệ thống máy bay: UAV được chia ra làm 2 loại chính theo cấu tạo là máy bay cánh cố định (cánh bằng) (Fixed Wing UAV) và máy bay lên thẳng nhiều động cơ xoay (Rotary Wing UAV).
+ Hệ thống chụp và điều khiển, xử lý ảnh: Máy ảnh kỹ thuật số, trạm điều khiển mặt đất, trạm xử lý ảnh UAV tạo mô hình số mặt đất.

+ Một số phần mềm chuyên xử lý ảnh UAV phổ biến ở Việt Nam:
Trimble Business Center và Inpho UASMaster, Agisoft PhotoScan, Pix4d mapper
+ Hệ thống Avian RTK/PPK của Hãng UAVER ( Đài loan) [3]

Máy quét laser 3D mặt đất

GeoMax Zoom 300 và UAV Avian RTK/PPK

-    Trần bay tối đa: 5000 m; Tốc độ bay: : 63- 81 km/h; Thời gian hoạt động: 60 phút, Khoảng cách hoạt động: 40 km; Khoảng cách điều khiển: 5 km
-    Máy ảnh: Sony Alfa 7R 35 mm; 36 MP, Độ phân giải: 3 cm.
-    Sai số lý thuyết mặt phẳng là 0.015 m, về độ cao là 0.045 m ở độ cao bay 200m
Hệ thống AVIAN RTK/PPK đảm bảo độ chính xác lập bản đồ địa hình 1/1000; 1/2000 khoảng cao đều đường bình độ 1 m.
+ Thiết bị Phantom 4: dùng trong việc thu thập dữ liệu tầm thấp và diện tích nhỏ, xem ra rất thích hợp trong bay bù, bay bổ xung vùng thay đổi nhỏ, vùng khó tiếp cận bằng phương pháp khác.
+ Quét Lidar trên thiết bị không người lái UAV:
Các sản phẩm: Ảnh nắn trực giao (orthophoto), Mô hình số địa hình DSM/DTM, Mô hình 3D Textured mesh.
6-    Các công nghệ thu thập dữ liệu khác:
-    Công nghệ tích hợp quét laser mặt đất với ảnh số.
-    Công nghệ quét Lidar mặt đất trên các phương tiện giao thông (mobile mapping)
-    Công nghệ ảnh 360/ Street view

Hệ thống các công nghệ thu thập dữ liệu không gian địa lý.

PHẦN II: GIẢI PHÁP XÂY DỰNG CSDL ĐA MỤC TIÊU, KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

1. Nghiên cứu khả năng tích hợp các loại dữ liệu không gian thành CSDL đa mục tiêu.

Hiện nay nhiều phần mềm cho phép đọc nhiều khuân dạng dữ liệu, hiển thị tích hợp tọa độ không gian địa lý theo độ chính xác mà các công nghệ thu thập được (như hệ thống phần mềm của Hexagon, Global Mapper, ArcGIS...)

Mô tả tích hợp các loại dữ liệu không gian địa lý

+ Phân chia các nhóm dữ liệu cần phân tích để tích hợp:
-    Nhóm dữ liệu từ các công nghệ thu thập dữ liệu không gian địa lý:
Dữ liệu dạng ảnh (Raster: ảnh RGB, ảnh Ortho, Intensity,…), Dữ liệu dạng số hóa (Vector: shape, line, polygon, text, point, pointcloud).
-    Nhóm Bản đồ và các dữ liệu đã có: Các khuôn dạng bản đồ trên các phần mềm bản đồ chuyên dụng như: dgn, dwg, …
-    Nhóm CSDL: Sử dụng các chuẩn Csdl ngành như csdl nền địa hình, địa chính …
+ Khả năng tích hợp của dữ liệu:
-    Các dữ liệu đều có tọa độ theo hệ thống điểm khống chế nhà nước, đây là cơ sở cho khả năng tích hợp về tọa độ không gian địa lý. Dữ liệu được chồng xếp dưới các lớp thông tin và theo thứ tự ưu tiên nhất định.
-    Các hệ CSDL đều theo chuẩn ban hành nên việc lựa chọn tích hợp để truy vấn độc lập với mỗi CSDL hay tổng hợp thông tin cũng dễ dàng.

2. Xây dựng quy trình công nghệ thành lập CSDL đa mục tiêu.

+ Tiêu chí xây dựng công nghệ thành lập CSDL đa mục tiêu gồm:
-    Tích hợp và thống kê các CSDL có trong khu vực.
-    Tích hợp và thống kê các dữ liệu và tư liệu không gian địa lý.
-    CSDL đa mục tiêu quảng bá trên WebMap, các App trên các phương tiện thông tin di động các thông tin Metadata về dữ liệu và các mẫu dữ liệu có trong khu vực.
-    CSDL đa mục tiêu thực hiện cơ chế chia sẻ và cập nhật dữ liệu nhanh chóng.
+ Các dữ liệu và phần mềm tham gia xây dựng quy trình công nghệ để thành lập CSDL đa mục tiêu:
-    Dữ liệu đầu vào: Các CSDL chuyên đề, dữ liệu thu thập từ mặt đất, dữ liệu thu thập từ trên không, dữ liệu có sẵn (bản đồ, csdl)...
-    Dữ liệu truy xuất: Dữ liệu đồ họa, các CSDL.
-    Dữ liệu cập nhật: Dữ liệu đồ họa, các CSDL đọc ra
-    Dữ liệu người dùng.
-    Hệ quản trị CSDL đa mục tiêu, Server lưu trữ dữ liệu
-    Phần mềm chuyển đổi hệ tọa độ.
-    Phần mềm hiển thị và cập nhật dữ liệu.
-    Phần mềm hiển thị biên tập và xử lý dữ liệu.
-    Các phần mềm liên kết Webmap, và dữ liệu online và sản phẩm số ra các khuân dạng người dùng, Webmap, ...

Hình 5: Sơ đồ qui trình thành lập,

khai thác vận hành CSDL đa mục tiêu.

+ Thuyết minh qui trình thành lập, khai thác vận hành CSDL đa mục tiêu:
- Các dữ liệu đầu vào là sản phẩm của các công nghệ đo đạc đã được xử lý về tọa độ theo qui chuẩn qui phạm và mang sai số tồn tại theo qui định. Các đối tượng cụ thể có thể được đo đạc theo nhiều phương pháp khác nhau và có nhiều số liệu đo tùy vào vùng có phủ nhiều hay ít các nguồn dữ liệu (Ví dụ: trong ngay một công nghệ tích hợp Lidar và máy ảnh số thì một khu bay có rất nhiều sản phẩm như đám mây điểm, Ảnh Ortho, Intensity, DSM, DTM...các sản phẩm này có độ phân giải và độ chính xác khác nhau).
- Hệ quản trị: bao gồm phần cứng là server lưu trữ dữ liệu, phần mềm gồm có hệ quản trị CSDL, phần mềm nén dữ liệu. Dữ liệu đồ họa (Graphic) thông thường có kích thước lớn được nén lại lưu trữ theo hệ thống, các CSDL (Non graphic) được tổ chức tích hợp hoặc truy vấn độc lập theo thứ tự ưu tiên nhất định của người quản trị.

-    Dữ liệu truy xuất: Dữ liệu đồ họa, các CSDL được đọc ra với hỗ trợ của phần mềm và các thư viện cùng các hệ qui chuẩn dữ liệu nhằm cho đưa dữ liệu đến người dùng đúng hệ tọa độ và cách thể hiện mong muốn. Các dữ liệu người dùng có thể truy vấn để lựa chọn dữ liệu mà mình cần có trong khu vực.
-    Dữ liệu người dùng: Khi người dùng có dữ liệu theo tọa độ và hiển thị của mình, người dùng có thể khai thác dữ liệu phục vụ chuyên môn hoặc kết hợp với các nguồn dữ liệu khác như bản đồ online, google Earth, ...
Người dùng cũng có thể xây dựng sản phẩm truyền thống hoặc bản đồ online, webmap để xuất bản và sử dụng.
-    Dữ liệu cập nhật: Dữ liệu đồ họa, các CSDL, luôn được cập nhật theo thời gian và dự án của Tổng công ty, với trang thiết bị hiện có thì vấn đề cập nhật rất nhanh chóng và đây là thế mạnh của CSDL đa mục tiêu để đảm bảo tính thời sự của dữ liệu.

Sản phẩm bản đồ và các yếu tố không gian 3D thì không những phải đảm bảo yếu tố về không gian (xyh) mà còn đảm bảo tính thời gian (t), nhằm phục vụ kịp thời tốc độ phát triển của kinh tế xã hội.

3. Thực nghiệm xây dựng và khai thác vận hành CSDL đa mục tiêu

Khu vực được chọn có các dữ liệu mới nhất hiện có, chúng tôi đã khảo sát và thực nghiệm trên tuyến phố Tạ Hiện – Hoàn Kiếm – Hà nội. Khu vực khảo sát gồm có các dữ liệu sau:
- Các sản phẩm của hệ thống Lidar tích hợp máy ảnh số bay quét 5/2016, có độ phân giải điểm mặt đất là 2-3 điểm / m2, độ chính xác về độ cao 20 cm.
- Các sản phẩm của Laser Faro focus3d tại thời điểm thử nghiệm 2017, có độ phân giải điểm mặt phố là 100 điểm / m2, độ chính xác về độ cao 0.2 cm.
- Các hệ thống CSDL và bản đồ địa hình, địa chính tỷ lệ 1:2000 mới nhất có trong khu vực (năm 2017).
Cùng các phần mềm hiện có và các phần mềm dùng thử của các hãng phần mềm chuyên ngành trên thế giới, chúng tôi tiến hành thử nghiệm kết hợp các dữ liệu theo nội dung nghiên cứu trên, từ kết quả thử nghiệm đưa ra các khả năng tích hợp, xây dựng quy trình công nghệ thành lập CSDL đa mục tiêu.

Hình 6: Thực nghiệm trên tuyến phố Tạ Hiện – Hoàn Kiếm – Hà nội
(đọc, hiển thị, biên tập dữ liệu trên Phần mềm Quick Terrain Modeler)

Trong khuân khổ của bài viết không thể hiện được hết kết quả của thực nghiệm. Do vậy chúng tôi đã làm Video Clip theo địa chỉ đường Link:
https://www.youtube.com/watch?v=Nm_KI-qQOj8
Với hy vọng thể hiện được ý tưởng của bài viết và phần nào kết quả thực nghiệm.

4. Khả năng ứng dụng của CSDL đa mục tiêu:

Xây dựng CSDL đa mục tiêu là phát huy tối đa giá trị gia tăng của các sản phẩm công nghệ mà từ trước đến nay các dự án của các ngành cũng đã thành lập các CSDL riêng như CSDL địa lý, địa chính, khoáng sản, du lịch ... và các loại dữ liệu như Bản đồ địa hình, địa chính, Lidar, UAV... chưa có thống kê và tổ chức theo hệ thống, chưa có nguồn quảng bá và tính thương mại trên thị trường.

Nhằm chia sẻ nguồn dữ liệu tổng hợp, chính xác và cập nhật nhất phục vụ đa ngành đa lĩnh vực, và đặt nền móng cho xây dựng hệ thống CSDL phục vụ thành phố thông minh thì CSDL đa mục tiêu có các khả năng ứng dụng nổi bật sau:

4.1. Thành lập các CSDL, bản đồ địa hình, địa chính truyền thống:

- Mô hình DEM; DTM và CSDL địa lý cho các dự án quốc gia, vùng, miền, tỉnh thành tỷ lệ 1/1000-1/10000 và nhỏ hơn.
- Thành lập bản đồ địa chính và CSDL đất đai.

4.2. Thành lập CSDL không gian và bản đồ 3D:

Lĩnh vực bản đồ địa chính 3D, bất động sản 3D. Đặc biệt các dự án cần đến dữ liệu tổng hợp, phân tích không gian địa lý tổng thể, các dự án so sánh biến động bề mặt mặt đất trong một khoảng thời gian do tác động như trượt lở, xói mòn, hoặc thống kê thiệt hại sau thiên tai, thảm họa ( động đất, bão lụt, cháy rừng ...).

4.3. Khai thác ứng dụng CSDL đa mục tiêu cho xây dựng cơ bản và quản lý, phát triển kinh tế xã hội:

Xu hướng chung cho các ứng dụng này là sử dụng trực tiếp các sản phẩm (đã xử lý tự động tối ưu) của các công nghệ thu thập mới, nhằm đảm bảo tính khách quan, ít can thiệp thủ công và tính cập nhật của dữ liệu.
+ Qui hoạch và kiến trúc đô thị:
- Lập bản đồ, mô hình số độ cao cho các khu công nghiệp, công trình xây dựng, nhà máy, các dự án xây dựng đô thị, nhà ở cao tầng,..
- Lập bản vẽ 3D về khu phố như chiều cao nhà, các công trình xây mới (cũ), nhà công cộng…
- Hiện trạng về mặt tiền tuyến phố, qua đó giúp qui hoạch mặt tiền tuyến phố và biển quảng cáo …
- Quản lý và dự báo tốc độ phát triển của thành phố theo quy hoạch chung: cốt nền, chiều cao, mật độ nhà …
- Hình ảnh 3D và số liệu chính xác về về bề mặt thoát nước tự nhiên, cốt đường.
- Truyền thông, di động: đường dây, trạm điện, trạm phát sóng …
+ Giao thông:
- Lập bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng, mô hình số địa hình DTM dọc theo tuyến khảo sát phục vụ cho các công việc lập thiết kế tuyến đường, tính toán đền bù giải phóng mặt bằng, tính toán khối lượng đào, đắp…
- Các số liệu 3D về các công trình trên tuyến phố như nhà chờ xe buýt, bến, điểm đỗ.
- Các số liệu 3D về cầu, cống, khe, rãnh , vỉa hè, biển báo giao thông, đèn đường.
Với dữ liệu chi tiết đầy đủ có thể có các số liệu về thay đổi theo thời gian của các công trình giao thông, sự xuống cấp của giao thông.
+ Quốc phòng:
- Lập mô hình số bề mặt (DSM) khu vực sân bay, khu vực bố trí trận địa bảo vệ vùng trời của Bộ Quốc phòng phục vụ công tác quản lý, điều hành bay; quản lý độ cao chướng ngại vật hàng không.
- Lập mô hình số độ cao (DEM) độ chính xác cao cho xây dựng chương trình mô phỏng địa hình 3D phục vụ các hoạt động quân sự như: huấn luyện, diễn tập, chiến đấu, đổ bộ...
+ Môi trường và nghiên cứu phát triển:
- Các công viên, cây xanh, điểm tập kết rác …
- Nghiên cứu sinh khối, diện tích che phủ thực vật, …
- Nghiên cứu, qui hoạch phát triển, đánh giá tác động môi trường, bảo tồn môi trường sinh thái …
+ Du lịch và bảo tồn, khảo cổ:
- Số liệu 3D về điểm du lịch, di tích văn hóa, cảnh quan, khu vực khảo cổ.
- Lưu trữ số liệu về kiến trúc, kích thước các công trình cổ như nhà phố cổ, đình, chùa.
- Phục vụ trong phát triển ứng dụng thực tế ảo di tích, danh thắng, thương mại du lịch.
+ Theo dõi, quản lý và đánh giá rủi ro do thảm họa và thiên tai.
- Cung cấp mô hình số độ cao (DEM) độ chính xác cao phục vụ xây dựng các chương trình phòng chống lũ lụt, lập kịch bản ngập lụt, nước biển dâng.
- Thống kê diện tích, tính toán khối lượng do rủi ro thảm họa.
- So sánh hiện trạng trước và sau tai biến môi trường.
+ Công nghệ thông tin, năng lượng, y tế, giáo dục và công nghệ mô phỏng, giải trí, game: Dựa vào bản đồ 3D và dữ liệu tổng hợp thành tiền đề cho xây dựng thành phố thông minh, phát triển các ứng dụng di động (app) liên quan đến không gian, các công nghệ giải trí, game.
+ Các ứng dụng trong lĩnh vực khác như trong an ninh, quốc phòng:
Bản đồ hướng ngắm, mô hình thực tế ảo phục vụ huấn luyện, diễn tập …

4.4. Phục vụ cho xây dựng đề án thành phố thông minh (Smart City):

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đang là xu thế có tác động đến phát triển kinh tế – xã hội của nhiều quốc gia. Tại Đông Nam Á cũng đang đón nhận làn sóng dự án thành phố thông minh (Smart City). Một số địa phương trên cả nước như Hà Nội, Thừa Thiên Huế, Lâm Đồng, TP Hồ Chí Minh, Quảng Ninh, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh... đã xúc tiến triển khai đề án xây dựng thành phố thông minh. Năm 2016 bắt đầu với việc khẩn trương xây dựng và phê duyệt các đề án, quy hoạch phát triển đô thị thông minh [3]. Nhằm đón đầu xu hướng này việc chuẩn bị dữ liệu của các công nghệ thu thập dữ liệu không gian địa lý như CSDL đa mục tiêu này là hướng phát triển mới của Tổng công ty. Ứng dụng sản phẩm của cơ sở dữ liệu đa mục tiêu trong quản lý, quy hoạch, điều hành đô thị thông minh và các lĩnh vực khác tại Việt Nam là phù hợp với kỷ nguyên cách mạng công nghiệp 4.0.

KẾT LUẬN

Công việc xây dựng cơ sở dữ liệu đa mục tiêu đang được nghiên cứu và triển khai thực hiện tại Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam, tiến tới cung cấp cho người sử dụng dữ liệu không gian địa lý được tổ chức, khai thác, cập nhật phù hợp với hạ tầng thông tin hiện đại, phát huy tối đa sức mạnh của công nghệ và nền kinh tế chia sẻ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Chuẩn Quốc tế ISO/TC211, OPENGIS và lược đồ ứng dụng chuẩn GML
[2]. QCVN 42/2012/ BTNMT kèm thông tư số 02/2012/TT-BTNMT về chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia.
[3]. Các trang Web được sử dụng tham khảo trong bài viết:
-    http://www.monre.gov.vn/
-    http://www.opengeospatial.org/
-    http://hexagon.com/
-    http://www.bentley.com/
-    http://www.uaver.com/
-    https://www.ordnancesurvey.co.uk/
[4]. Các tài liệu giới thiệu và đào tạo của hệ thống Citymapper - hãng Leica (2017).
[5]. Faro, Laser Scanners Techsheets Available online: http://www.faro.com/

RESEARCHING, APPLICATING TECHNOLOGIES OF GEOGRAPHICAL SPATIAL DATA COLLECTION TO BUILD MULTI-PURPOSE DATABASE
MSc Duong Van Hai, MSc Bui Huy Hoang,
Dr Cap Xuan Tu, Eng. Tran Duc Thuan
Vietnam natural resources and environment corporation
Summary:

Development of multi-purpose database from production of geographical spatial data collection is a new development trend in the world. Integrating geographical spatial data into a general database serving the industry is a great way to optimize your data usage to meet the diverse needs of the market.
Research of geographical spatial data collection technology, analysis of data integration capabilities, development of workflow, report of experiment results, indication of application for multi purpose database are the main contents presented in this paper to improve the methodology of traditional data exploiting, suitable for the 4th industrial revolution era.

Địa chỉ liên lạc:
Tên: Trần Đức Thuận - Số điện thoai: 0913591429 - Email: tranthuan84@gmail.com;

3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ QUÉT LASER MẶT ĐẤT NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỮ LIỆU ĐỊA KHÔNG GIAN NHẰM TĂNG CƯỜNG NĂNG LỰC QUẢN LÝ NHÀ NƯỚC TRONG HOẠT ĐỘNG KHOÁNG SẢN

Link download:Nghiên cứu ứng dụng công nghệ quét Laser mặt đất nâng cao chất lượng dữ liệu địa lý không gian nhằm tăng cường năng lực quản lý nhà nước trong hoạt động đo đahc khoáng sản.pdf

Ths. Vũ Quốc Lập(1), Ths. Trần Anh Tuấn(2)
TS. Nguyễn Viết Nghĩa(3), Ths. Nguyễn Văn Hùng(1)
(1) Công ty Cổng phần Đo đạc và Khoáng sản;
(2) Cục Đo đạc bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam;
(3) Trường địa học Mỏ - Địa chất.

Tóm tắt:

Báo cáo này trình bày tổng quan về cơ sở khoa học, nguyên lý hoạt động của công nghệ quét laser mặt đất cũng như ứng dụng công nghệ này trên thế giới và ở Việt Nam trong công tác thu thập dữ liệu địa không gian. Nghiên cứu về khả năng ứng dụng công nghệ mới trong đo vẽ thành lập bản đồ, mặt cắt hiện trạng khu vực được phép khai thác khoáng sản, phục vụ công tác thống kê, kiểm kê trữ lượng khoáng sản. Thực nghiệm sử dụng máy quét laser mặt đất SPS Zoom 300 của hãng GeoMax trong thành lập mô hình số 3D khu vực khai trường mỏ than lộ thiên Cọc Sáu.
Qua kết quả nghiên cứu và thực nghiệm đã xây dựng được quy trình thành lập mô hình số 3D bằng công nghệ quét laser mặt đất và cho thấy công nghệ này hoàn toàn đáp ứng yêu cầu trong trắc địa phục vụ công tác thống kê, kiểm kê trữ lượng khoáng sản tại Việt Nam.

1. MỞ ĐẦU

Theo nội dung của Thông tư số 02/2013/TT-BTNMT ngày 01/03/2013 của Bộ Tài nguyên và Môi trường đã quy định công tác lập bản đồ hiện trạng, bản vẽ mặt cắt hiện trạng khu vực được phép khai thác khoáng sản phải lập ngay từ khi bắt đầu xây dựng mỏ, trong quá trình khai thác phải cập nhật thông tin thường xuyên, tối thiểu 6 tháng một lần cho đến khi kết thúc khai thác (đóng cửa mỏ). Tuy nhiên, việc thiếu các thiết bị, công nghệ chuyên dụng trong đo đạc, xử lý và giám sát số liệu trắc địa-bản đồ, là một trong những nguyên nhân cơ bản gây khó khăn cho công tác quản lý Nhà nước về hoạt động khoáng sản theo các nội dung, yêu cầu của Thông tư.

Công tác đo đạc thành lập bản đồ ở các mỏ đến nay vẫn chủ yếu sử dụng phương pháp đo vẽ truyền thống (máy kinh vĩ, thủy chuẩn, toàn đạc điện tử…). Nhược điểm của phương pháp đo vẽ truyền thống là khối lượng ngoại nghiệp lớn, hiệu xuất lao động không cao, ngoài ra do địa hình khu vực khai thác thường đa dạng, phức tạp, khu vực khai thác tiềm ẩn nguy cơ trượt lở, sụt lún…. nên nhiều khu vực không thể tiếp cận để đo đạc cập nhật, thường đo tại những vị trí khái quát đặc trưng. Do vậy, mức độ chi tiết, độ tin cậy không cao và mức độ đảm bảo an toàn cho người lao động còn thấp…

Những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, một trong những tiến bộ của khoa học công nghệ nổi bật phải kể tới đó là công nghệ quét laser mặt đất, việc ứng dụng kỹ thuật quét laser mặt đất (TLS - Terrestrial Laser Scanner) trong công tác đo đạc trắc địa nói chung và công tác xây dựng dữ liệu địa không gian ở mỏ nói riêng đang ngày được quan tâm do những ưu điểm của phương pháp này như: nhanh chóng, chính xác cao, không tiếp xúc trực tiếp và trực quan. Kỹ thuật này cho phép xác định số lượng và mật độ điểm đo rất cao lên tới 500.000 điểm mỗi giây [4] trong không gian ba chiều với độ chính xác đạt mức vài mm [5] và được xác định trong một thời gian ngắn [1]. Nhất là với những cải tiến vượt bậc gần đây liên quan đến tốc độ, độ chính xác, thuật toán phần mềm và việc giảm giá thành so với trước đây đã giúp cho công nghệ quét laser mặt đất được áp dụng ngày càng phổ biến trên thế giới và áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực như: đo đạc bản đồ,địa hình, khai thác mỏ [6, 7], phục hồi và bảo tồn các công trình lịch sử [8] quan trắc và thành lập mô hình địa lý [9], đo đạc các công trình xây dựng dân dụng [10], quan trắc biến dạng công trình [11], thành lập mô hình bản đồ thành phố 3D [12], đo đạc trong các đường hầm [13], ...

Trong lĩnh vực khai thác mỏ, công nghệ này cũng đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Tây Ban Nha, Ba Lan, Trung Quốc,… [5, 14, 15] cho phép thu thập dữ liệu địa không gian tài nguyên khoáng sản ở mỏ một cách một cách nhanh chóng, chính xác, chi tiết đồng thời cho phép quản lý, điều hành sản xuất, khai thác tài nguyên mỏ một cách trực quan và hợp lý, góp phần nâng cao hiệu quả trong quản lý khai thác, quản trị tài nguyên khoáng sản mỏ [2, 16].

Tuy nhiên tại Việt Nam, công nghệ quét laser mặt đất vẫn chưa được ứng dụng phổ biến, mới chỉ có một số ít nghiên cứu áp dụng tại Việt Nam và chủ yếu trong một số lĩnh vực như: cứu hộ, xây dựng mô hình cảnh quan di tích… Trong lĩnh vực trắc địa mỏ lộ thiên, mới chỉ có một vài nghiên cứu mang tính chất nguyên lý và lý thuyết về công nghệ quét laser mặt đất.
Từ yêu cầu thực tế trên, cần thiết phải nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và ứng dụng công nghệ quét laser mặt đất phục vụ xây dựng dữ liệu địa không gian trong đo vẽ hiện trạng; kiểm kê, thống kê khối lượng và trữ lượng khoáng sản nhằm nâng cao hiệu quả công tác kiểm soát và quản lý hoạt động khoáng sản sau khi cấp phép.

2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG QUÉT LASER MẶT ĐẤT

Nguyên lý hoạt động của một hệ thống quét laser mặt đất dựa vào nguyên tắc tán xạ ngược các bức xạ điện từ sau khi phản xạ từ các đối tượng. Cấu trúc của laser gồm:
- khối phát bức xạ điện từ kích thích phát ra chùm tia laser hướng đến đối tượng cần khảo sát. Tia laser được tách ra bằng bộ tách chùm tia, một phần được hướng tới một hướng và một phần khác được sử dụng như để tham khảo.
- khối thu tín hiệu
- gương phản xa, gương xoay
- bộ xử lý tín hiệu tán xạ ngược. (hình 1)
Bức xạ laser sử dụng trong các hệ laser đo đạc có bước sóng nằm trong khoảng từ hồng ngoại gần tới tử ngoại, khoảng từ 250nm đến 11μm, tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu mà bước sóng được lựa chọn là khác nhau. Dữ liệu thu được của hệ thống là tập hợp đám mây điểm phản xạ 3 chiều của tia laser từ đối tượng được khảo sát. Laser có thể thu nhận tín hiệu phản hồi đầu tiên và cuối cùng với tần suất trung bình 5 nghìn tới 33 nghìn tia/giây, do đó dữ liệu thu được cho phép lập bản đồ khối 3 chiều và bề mặt với mật độ dữ liệu dày và độ chính xác cao. Một số hệ thống laser còn cho phép thu nhận các tín hiệu phản hồi trung gian (giữa tín hiệu đầu và cuối) cho phép phân tích cấu trúc đối tượng.

Hình 1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống quét laser mặt đất

Cơ chế quét: loại bỏ ánh sáng laser phát ra và nhận tín hiệu trên các bộ gương. Tia sáng được tách ra bằng bộ tách chùm tia. Một phần được hướng tới một hướng, và một phần khác được sử dụng làm tài liệu tham khảo. Sự di chuyển giữa tín hiệu tham chiếu và tín hiệu tiếng vọng xác định khoảng cách với bề mặt.
Nguyên lý của công nghệ quét laser 3D mặt đất là sử dụng tín hiệu laser để đo khoảng cách từ máy quét đến đối tượng. Đồng thời với khoảng cách, máy sẽ đo góc bằng β và góc đứng γ. Từ nguyên lý tọa độ cực, phần mềm của máy sẽ xác định tọa độ không gian X, Y, Z của các điểm. Trong máy quét laser, khoảng cách từ máy phát đến đối tượng có thể xác định theo nguyên lý đo xung hoặc đo pha.
Hiện nay, các máy quét máy quét laser mặt đất sử dụng trong trắc địa thường sử dụng một trong những công nghệ để xác định chính xác khoảng cách tới các đối tượng:
- Nguyên lý đo xung TOF (Time-Of-Flight) hay còn gọi là (Pulse Based);
- Nguyên lý đo pha CW (Continous Wave), hay còn gọi (Phase Shift);
- Xử lý hình dạng sóng – “Waveform Processing” hay còn gọi là “Waveform Digitising”.
Độ chính xác điểm trong không gian 3 chiều đạt được phụ thuộc vào độ chính xác xác định thời gian đi và về của tín hiệu [17, 18] và độ chính xác đạt khoảng vài mm (theo báo cáo [19, 20]).

3.ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ QUÉT LASER MẶT PHỤC VỤ CÔNG TÁC THỐNG KÊ, KIỂM KÊ TRỮ LƯỢNG KHOÁNG SẢN.

3.1 Máy quét laser Geomax SPS Zoom 300

Trong nội dung thực nghiệm đã sử dụng thiết bị quét laser 3D mặt đất SPS Zoom 300 của hãng GeoMax để đo thành lập mô hình số 3D khu vực khai trường khai thác của mỏ than Cọc Sáu, Quảng Ninh.
Thiết bị quét laser mặt đất SPS Zoom 300 (hình 3) là sản phẩm của hãng GeoMax (thành viên của tập đoàn HEXAGON) được giới thiệu lần đầu năm 2014, với các tính năng kỹ thuật sau:

Bảng 1: Giới thiệu tính năng chính của máy quét laser GeoMax Zoom 300

Phạm vi quét    2.5m đến 300m
Tốc độ quét    40.000 điểm/giây
Độ chính xác    ±6mm (ở khoảng cách 50m); ±10mm ở khoảng cách 100m;
2 máy ảnh tích hợp     5 + 5 Mpx
Bán kính quét (đứng/ngang):    90°/360°
Laser     + Sử dụng tia laser: Laser class 1;
+ Bước sóng: 905 nm;
+ Đường kính chùm tia laser: Trước ống kính: ≤ 12 mm; ≤ 37mm ở khoảng cách 100m; độ phân tán: 0.37mrad;
Chế độ bù hai trục    Hỗ trợ chế độ bù ngiêng
Màn hình hiện thị, điều khiển thiết bị    Điều khiển bằng điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng (hệ điều hành Android, iOS hoặc Windows Mobile) qua chức năng kết nối Wi-fi;
Nhiệt độ môi trường làm việc:    -10° đến 50°C;
Kích thước máy    215mm x 170mm x 430mm
Trọng lượng máy    7 kg (cả 1 pin trong);
- Mật độ điểm quét: Có thể lựa chọn theo 4 chế độ quét, trong đó ở chế độ có mật độ cao nhất bước đo theo trục ngang, dọc là 0.0225°.

Hình 2: Máy quét laser 3D mặt đất GeoMax Zoom 300

Bảng 2 Các chế độ quét của máy GeoMax Zoom 300

3.2. Xây dựng mô hình số 3D, thành lập bản đồ hiện trạng, tính toán khối lượng đất bóc và khoáng sản khai thác.

3.2.1 Khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu là mỏ than Cọc Sáu, thuộc phường Cẩm Tú, thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh, cách thành phố Hà Nội 200km về phía Đông Bắc, cách thành phố Hạ Long 30km. Đây là một trong những mỏ than khai thác lộ thiên lớn nhất Việt Nam với sản lượng than khai thác ở mỏ than Cọc Sáu hiện nay trên 3,5 triệu tấn/năm, khối lượng đất bóc trên 20 triệu m3/năm. Đáy mỏ hiện nay ở mức -150, chiều dài khai trường theo hướng Đông - Tây là 2km, chiều rộng theo hướng Bắc - Nam là 1,5km.

Quét laser mặt đất tại khai trường mỏ Cọc Sáu

3.2.1 Kiểm nghiệm, đánh giá độ chính xác của máy quét laser SPS Zoom 300

Để đánh giá độ chính xác của máy SPS Zoom 300 trong điều kiện thực tế đo quét tại khai trường mỏ khai thác, một mạng lưới gồm 6 điểm thẳng hàng được bố trí trên các bờ tầng khai thác của mỏ Cọc Sáu trong phạm vị bán kính 150 m. Các mốc được xác định tọa độ và khoảng cách bằng máy toàn đạc điện tử Topcon GPT7501 với độ chính xác đo góc 3”; độ chính xác đo khoảng cách sử dụng gương ± (2mm+ 2ppm); độ chính xác đo không gương ± 5mm trong phạm vi ≤ 250m. Tọa độ và khoảng cách giữa các điểm mốc được xác định bằng phương pháp đo không gương của máy toàn đạc điện tử GPT7501.

Hình 3: Kiểm tra tọa độ và khoảng cách của SPS Zoom 300 bằng Topcon GPT7501 tại mỏ Cọc Sáu

Qua kết quả kiểm tra [3] cho thấy, độ chính xác đo thực tế của máy quét laser 3D SPS Zoom 300 tại khu vực khai trường mỏ Cọc Sáu là phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật của máy và hoàn toàn đáp ứng yêu cầu và chỉ tiêu quy phạm đo vẽ thành lập bản đồ mỏ.
3.2.2 Quy trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng bằng máy quét laser mặt đất
Thiết bị quét laser mặt đất đã được đề tài nghiên cứu và triển khai áp dụng thực tiễn ở mỏ với sơ đồ quy trình như sau (hình 5:

Quy trình xây dựng mô hình số 3D, thành lập bản đồ hiện trạng, mặt cắt hiện trạng, tính toán khối lượng đất bóc và khoáng sản trong một chu kỳ khai thác .

Theo đó, các công tác chuẩn bị, đo ngoại nghiệp, xử lý số liệu,… đã được tiến hành thực tế tại khu vực mỏ khai thác lộ thiên Cọc Sáu và mỏ hầm lò Khe Chàm.

• Đo đạc ngoại nghiệp

Tại khai trường mỏ lộ thiên Cọc Sáu, tiến hành đo quét bằng máy quét SPS Zoom 300 và được đo quét ở mức tiêu chuẩn “Standar”, ở chế độ toàn cảnh với bán kính quét (đứng/ngang) là 270°/360°. Tiến hành đo quét với tổng cộng là 32 trạm, trong đó chu kỳ 0 là 16 trạm, chu kỳ 1 là 16 trạm.
Tọa độ, độ cao các điểm để đặt trạm máy quét, điểm đặt tiêu đo (target) phải được xác định với độ chính xác tương đương với độ chính xác của điểm lưới khống chế đo vẽ. Trên mỗi khu vực ở mỗi chu kỳ quét, các mốc đặt tiêu được bố trí sao cho tại hai trạm đo quét liên tiếp có ít nhất 4 điểm mốc đặt tiêu trùng nhau. Cần lưu ý rằng: để đảm bảo việc xác định rõ nét điểm tiêu trên mô hình đám mây, cần bố trí sao cho khoảng cách từ máy quét tới các mốc đặt tiêu nằm trong phạm vi khoảng cách quét cho phép (<2/3 khoảng cách quét tối đa của máy). Dữ liệu đám mây điểm của hai trạm quét liên tiếp phải đảm bảo có dữ liệu gối phủ để có số liệu kiểm tra.

• Xử lý dữ liệu

Thông thường, các dữ liệu đo quét được mã hóa theo định dạng riêng của mỗi hãng máy. Do vậy, khi nhập dữ liệu đo quét để xử lý nên sử dụng đồng bộ bằng các phần mềm theo hãng máy, sau đó xuất ra các định dạng text hoặc định dạng khác phù hợp với chương trình xử lý. Phần mềm đồng bộ của máy quét laser mặt đất GeoMax Zoom300 dùng để xử lý dữ liệu quét là X-PAD MPS. Đây là phần mềm do hãng GeoMax phát triển, cho phép cập nhật, chuyển đổi các dữ liệu quét và đồng bộ với các ảnh chụp trong quá trình đo quét của máy SPS Zoom 300. Phần mềm gồm 4 modul chính: BASIC, L-SCAN, TOPO and X-CAD giúp cho việc xử lý các đám mây điểm trở nên dễ dàng, cho phép cập nhật dữ liệu từ máy quét, hiển thị, xử lý, phân tích, xuất dữ liệu đám mây điểm sang các định dạng của phần mềm chuyên dụng khác.

Xử lý sơ bộ dữ liệu đám mây điểm tại mỗi trạm quét đơn lẻ: Dữ liệu quét của mỗi trạm máy được nhập vào phần mềm xử lý X-PAD MPS qua chức năng nhập dữ liệu và có thể cài đặt các thông số để lọc dữ liệu quét (như cường độ phản hồi, khoảng cách từ trạm quét đến điểm quét).

Ghép nối các trạm quét, kiểm tra độ gối phủ của dữ liệu: Để ghép các trạm quét và đưa đám mây điểm về hệ tọa độ VN-2000, sử dụng phần mềm xử lý X-PAD MPS với tham số nhập là tọa độ các điểm trạm máy và tọa độ các điểm đặt tiêu. Trong quá trình ghép các trạm đo quét đơn lẻ, thì việc xác định các tiêu đo chung giữa các trạm quét là hết sức quan trọng. Độ chính xác của mô hình đám mây điểm phụ thuộc rất nhiều số lượng điểm chung, khoảng cách từ máy quét tới tiêu mốc cũng như chất lượng hình ảnh của tiêu thu được trong đám mây điểm.

Chuẩn hóa dữ liệu và đo đạc bổ sung ngoại nghiệp: Sau khi ghép dữ liệu đám mây điểm thành một khối, dữ liệu thường chứa các điểm nhiễu bề mặt từ các trạm quét rời rạc trước khi nắn ghép. Mục đích chính của công đoạn này là chỉnh sửa và loại bỏ các điểm nhiễu bề mặt, đồng thời giúp làm giảm dung lượng lưu trữ và tăng tốc độ xử lý dữ liệu mô hình tổng thể. Đo bổ sung khu vực bị thiếu, hở chưa có dữ liệu, khu vực có cường độ laser phản hồi yếu, khu vực bị che khuất.

Các tín hiệu địa hình được tách ra khỏi nhóm tín hiệu địa vật sẽ là số liệu cần thiết để thành lập mô hình số độ cao DEM. Mô hình số độ cao được xây dựng bằng modul “TOPO” của phần mềm X-PAD MPS, hoặc được xuất ra file txt (định dạng file: xyz,RGB; xyz,I hoặc xyz,I,RGB) để thành lập mô hình số độ cao bằng các phần mềm chuyên dụng khác.

• Thành lập mô hình số độ cao

Mô hình số độ cao là cơ sở để phục vụ cho việc nội suy đường bình độ, biên tập thành lập bản đồ hiện trạng, thành lập mặt cắt địa hình, tính toán khối lượng đất bóc, khoáng sản khai thác trong một chu kỳ và nghiên cứu quá trình dịch chuyển, biến dạng của địa hình theo các nội dung cần nghiên cứu.

Hình 7. Mô hình số độ cao bề mặt địa hình mỏ Cọc Sáu

3.2.3 Thành lập bản đồ hiện trạng, tính toán thống kê, kiểm kê khối lượng đất bóc và khoáng sản khai thác:.
Trong khuôn khổ thực nghiệm, biên tập thành lập bản đồ số độ cao được xây dựng bằng module phần mềm Mine Surveying và được thành lập theo phương pháp lưới tam giác Delaunay (TIN) để tính toán khối lượng đất bóc và khoáng sản khai thác được trong một chu kỳ thống kê cần tiến hành quét laser mặt đất tại hai thời điểm, đầu và cuối của kỳ kiểm kê (quét laser ở chu kỳ 0 và chu kỳ 1).

Theo đó, các dữ liệu địa hình được tách ra khỏi nhóm dữ liệu địa vật sẽ là số liệu cần thiết để thành lập mô hình số độ cao DEM. Mô hình số độ cao được xây dựng bằng modul “TOPO” của phần mềm X-PAD MPS, hoặc được xuất ra file txt (định dạng file xyz,RBG) để thành lập mô hình số độ cao bằng các phần mềm chung gian khác. Két quả xử lý bằng module phần mềm Mine Surveying cho bản đò hiện trạng khai thác (hình 8) và làm cơ sở để tính khối lượng khai thác,…

Hình 8: Bản đồ hiện trạng khai thác (chu kỳ 1) phục vụ tính toán khối lượng đất đá bóc và khoản sản khai thác giữa 02 chu kỳ đo

3.3 Phân tích hiệu quả và đánh giá khả năng áp dụng công nghệ quét laser mặt đất

3.3.1 Đánh giá về đáp ứng yêu cầu kỹ thuật

- Kết quả của công nghệ quét laser 3D mặt đất là dữ liệu đám mây điểm và ảnh cường độ xám. Qua kết quả thực nghiệm cho thấy với độ phân giải từ 3 cm (đo ở chế độ chi tiết) đến 10 cm (đo ở chế độ tiêu chuẩn), kết hợp với ảnh cường độ xám dữ liệu đám mây điểm sau khi xử lý đã thể hiện đầy đủ chi tiết dáng địa hình, địa vật cũng như phản ánh chất liệu của bề mặt phản xạ.

- Nhóm đề tài đã tiến hành so sánh dữ liệu đám mây điểm, mô hình số độ cao với số liệu đo đạc ngoại nghiệp (đo mặt cắt dọc và mặt ngang) để kiểm tra độ chính xác. Kết quả so sánh cho thấy chênh lệch về mặt phẳng và độ cao đều ≤ ± 0.03m.
Với độ chính xác này công nghệ quét laser mặt đất có thể áp dụng để thành lập cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý ở tỷ lệ lớn tới 1/200.

3.3.2. Đánh giá về tiến độ, hiệu quả kính tế

Như chúng ta đã biết, dữ liệu không gian đám mây điểm (Point Cloud) mang tính chất thời sự. Với việc tổ chức triển khai thi công đơn giản, thời gian thu thập dữ liệu thực địa nhanh chóng và an toàn (có thể đo đạc với các đối tượng không thể tiếp cận trực tiếp do địa hình dốc, vị trí có nguy cơ sạt lở cao…), tốn ít nhân lực (không phải có nhân lực đi gương, đi mia, vẽ sơ đồ...) con người ít phải tác động vào quá trình đo đạc, tính toán xử lý nên làm cho năng xuất lao động tăng lên, kết quả tin cậy hơn và tác nghiệp viên sẽ có thời gian tập trung vào khâu sửa chữa biên tập dữ liệu, mang lại hiệu quả cao trong công việc.

3.3.3. Đánh giá về khả năng ứng dụng trong thực tiễn sản xuất

Công nghệ quét laser 3D nói chung và công nghệ quét laser 3D mặt đất nới riêng đang được các hãng sản xuất nghiên cứu và chế tạo với các thiết bị đo, phần mềm xử lý dữ liệu ngày càng hoàn thiện (độ chính xác, khoảng cách quét, tốc độ và mật độ quét....), và với giá thành ngày càng hạ. Một số hãng sản xuất lớn, có uy tín như Leica, Faro, Trimble, Geomax... đã giới thiệu quảng bá và bán các thiết bị quét laser tại Việt Nam. Vì vậy việc chiển khai thiết bị quét laser 3D mặt đất trong thực tiễn sản xuất tại Việt Nam là hoàn toàn khả thi.

Tuy nhiên qua thực tế thực nghiệm, tập thể tác giả thấy một số vấn đề cần lưu ý như sau:
- Việc xử lý dữ liệu đám mây điểm thu thập được từ công nghệ quét laser mặt đất đòi hỏi phải có hệ thống máy tính có cấu hình rất cao, khả năng lưu dữ liệu cần lớn.

- Tác nghiệp viên xử lý dữ liệu phải có trình độ tay nghề cao, thời gian cho công tác xử lý nội nghiệp nhiều, đặc biệt đối với khu vực có địa hình, địa vật phức tạp phải bóc tách thực phủ, nhà cửa, công trình xây dựng, giao thông (phương tiện xe cộ, người tham gia giao thông ....). Qua thực tế thấy công xử lý nội nghiệp gấp nhiều lần công thu thập đo đạc ngoài thực địa.
- Một số khu vực máy quét laser 3D mặt đất không thể tiếp cận và đo được như: khu vực địa hình bị che lấp, mái nhà, đỉnh núi....ngoài sử dụng các phương pháp chuyền thống để đo bổ sung (máy toàn đạc điện tử, GNSS động...) cần phải có những nghiên cứu để kết hợp với một số công nghệ thu thập dữ liệu tiến tiến khác như chụp ảnh bằng máy bay không người lái (UAV), ảnh viễn thám....

4. KẾT LUẬN

Với độ chính xác đạt được về vị trí điểm 0,6÷6,7 mm trong phạm vi từ 4 đến 75m trong đo thực nghiệm ở khai trường mỏ Cọc Sáu, có thể khẳng định phương pháp đo bằng thiết bị quét laser mặt đất nói chung và máy SPS Zoom 300 hoàn toàn đáp ứng yêu cầu của công tác trắc địa trong đo vẽ lập bản đồ hiện trạng, bản vẽ mặt cắt hiện trạng khu vực được phép khai thác khoáng sản; thống kê, kiểm kê trữ lượng khoáng sản theo quy định của Thông tư số 02/2013/TT-BTNMT ngày 01/03/2013 của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Qua kết quả nghiên cứu và đo thực nghiệm đã xây dựng và hoàn thiện được quy trình công nghệ nhằm đáp ứng được yêu cầu cấp bách về đưa công nghệ quét laser mặt đất, một công nghệ mới hiện đại áp dụng vào Việt Nam nhằm tăng cường năng lực quản lý Nhà nước trong hoạt động khoáng sản, đồng thời góp phần vào sự phát triển chung của ngành đo đạc bản đồ, quản lý đất đai.

Vũ Quốc Lập -Số điện thoai: 0913096684
Email: vuquoclap@gmail.com

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.    Võ Chí Mỹ, Trắc địa mỏ. 2015, Hà Nội: NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ.
2.   Nguyễn Viết Nghĩa and V.N. Dũng, Nghiên cứu khả năng ứng dụng máy quét laser 3D mặt đất trong quản lý xây dựng - khai thác mỏ hầm lò. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 2016. 57: p. 65-73.
3.    Nguyễn Viết Nghĩa, Nguyễn Quốc Long, and V.Q. Lập, Đánh giá khả năng ứng dụng máy quét laser mặt đất GeoMax Zoom 300 trong công tác thành lập mô hình 3D mỏ lộ thiên Việt Nam. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 2017. 57: p. 65-73.
4.    Milev, I. and L. Gruendig. New Tools for Terrestrial Laser Scanning Applied for Monitoring Rails and Buildings. in FIG Working Week. 2007.
5.    Roca-Pardiñas, J., et al., From laser point clouds to surfaces: Statistical nonparametric methods for three-dimensional reconstruction. Computer-Aided Design, 2008. 40(5): p. 646-652.
6.    J. Bock, et al. Support of High-Performance Operations in Coal Mining by Use of 3D Laser Scanning. in International Society for Mine surveying. 2009. UK.
7.    Kukutsch, R., et al., Use of 3D laser scanner technology to monitor coal pillar deformation. 2016.
8.    Herrera, L., S. Le Borgne, and H.A. Videla, Modern methods for materials characterization and surface analysis to study the effects of biodeterioration and weathering on buildings of cultural heritage. International Journal of Architectural Heritage, 2008. 3(1): p. 74-91.
9.    Derron, M.-H. and M. Jaboyedoff, Preface" LIDAR and DEM techniques for landslides monitoring and characterization". Natural Hazards and Earth System Sciences, 2010. 10(9): p. 1877-1879.
10.    Qiu, D. and L. Gao. Application of virtual reality technology in bridge structure safety monitoring. in Computer and Information Application (ICCIA), 2010 International Conference on. 2010. IEEE.
11.    Monserrat, O. and M. Crosetto, Deformation measurement using terrestrial laser scanning data and least squares 3D surface matching. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2008. 63(1): p. 142-154.
12.    Pu, S. and G. Vosselman, Automatic extraction of building features from terrestrial laser scanning. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2006. 36(5): p. 25-27.
13.    Van Gosliga, R., R. Lindenbergh, and N. Pfeifer, Deformation analysis of a bored tunnel by means of terrestrial laser scanning. 2006: na.
14.    Van der Merwe, J. and D. Andersen, Applications and benefits of 3D laser scanning for the mining industry. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2013. 113(3): p. 00-00.
15.    Maciaszek, J., D. Madusiok, and W. Matwij, The comparison of the results of laser scanning and classical surveying methods of measuring the area and volume in the chapel of St. Kinga in the salt mine of Bochnia. Geology, Geophysics and Environment, 2013. 39.
16.    Gu, F. and H. Xie, Status and development trend of 3D laser scanning technology in the mining field. Adv. Intell. Syst. Res, 2013.
17.    Kersten, T.P., H. Sternberg, and K. Mechelke. Investigations into the accuracy behaviour of the terrestrial laser scanning system Mensi GS100. in Proceedings of 7th Conference in Optical 3D Measurement Techniques. 2005.
18.    Kersten, T., et al., Terrestrial laserscanning system MENSI GS100/GS200–accuracy tests, experiences and projects at the Hamburg University of Applied Sciences. 2004.
19.    Faro, Laser Scanners Techsheets Available online: http://www.faro.com/(Techsheet Accessed in June 2015). 2015.
20.    Riegl, Laser Scanners Techsheets. Available online: http://www.riegl.com/ (Techsheet Accessed in November 2014). . 2014.

Research on the application of Terrestrial Laser Scanning to improve the geospatial data quality in order to improving the capacity of state management in mineral activities

M.Sc Vu Quoc Lap1, M.Sc Tran Anh Tuan2
Phd Nguyen Viet Nghia3, M.Sc Nguyen Van Hung1
1 Survey and Mineral Company, Ministry of Natural resources and Enviroment, Vietnam
2 Department of Survey, Mapping and Geographic information VietNam
3 Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam

Abstract: This paper deals with overview of the scientific basis and principles of Terrestrial Laser Scanning technology as well as the application of this technology for geospatial data collection in Vietnam and over the world. Research on the applicability of new technology in mapping, making profile for the mineral exploitation area, to serve the statistics and mineral reserves inventory. Experimental applying Terrestrial Laser Scanner - SPS Zoom 300 to establishing 3D model of Cocsau open pit coal mine.
Based on the research and experimental results, the standard operating procedure of establishing 3D models by Terrestrial laser scanning technology has been established and it’s showed that this technology fully respond to the requirements in the statistics and mineral reserves inventory of Vietnam.

4.ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP LIDAR VÀ CHỤP ẢNH HÀNG KHÔNG (CITYMAPPER - LEICA) TRONG THU NHẬN, XỬ LÝ VÀ THÀNH LẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ĐỊA LÝ

Link download:Ứng dụng công nghệ tích hợp Lidar và chụp ảnh hàng không CityMapper-Leica trong thu nhận, xử lý và thành lập dữ liệu không gian địa lý .pdf

KS. Lê Tuấn Anh, Ks Trần Đức Thuận, Ths. Phạm Văn Tuân, Cn Lê Đình Hiển
Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam

Tóm tắt:

Công nghệ tích hợp LiDAR và chụp ảnh hàng không (Citymapper – Leica) là một hệ thống rất hiện đại với tổ hợp phần phần cứng, phần mềm có tính năng kỹ thuật linh hoạt, vượt trội. Các sản phẩm của hệ thống là đa mô tả các đối tượng địa lý, cung cấp thông tin bề mặt trái đất chính xác, trung thực.

Giới thiệu các kết quả ứng dụng hệ thống tích hợp Lidar và chụp ảnh hàng không ở Việt Nam từ năm 2007 đến nay và đưa ra quy trình sản xuất cơ bản, các khả năng ứng dụng của hệ thống Citymapper trong công tác thu thập dữ liệu không gian địa lý nhằm đáp ứng yêu cầu của ngành tài nguyên môi trường và các lĩnh vực khác là các nội dung cốt lõi trong bài viết này.

MỞ ĐẦU

Cách mạng Công nghiệp lần thứ Tư trên thế giới đã và đang được các nước phát triển quan tâm, đây được coi là xu thế công nghệ tất yếu mà Việt Nam phải hướng đến để theo kịp các nước phát triển trên thế giới. Một trong thành phần của cuộc cách mạnh công nghiệp 4.0 là sự phát triển của internet vạn vật giúp tạo ra bản sao ảo của thế giới vật lý, cho phép mọi người ở khắp nơi trên thế giới kết nối với nhau thông qua mạng internet dịch vụ qua các thiết bị di động ở mọi lúc, mọi nơi. Vai trò của công nghệ thu thập dữ liệu địa không gian không thể nằm ngoài sự phát triển đó và là dữ liệu nền cho các dữ liệu khác. Với mục tiêu trước mắt là đáp ứng nhu cầu sử dụng dữ liệu địa không gian ngày càng cao của các ngành trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, Tổng Công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam đã đầu tư hệ thống Lidar tích hợp chụp ảnh hàng không Citymapper của hãng Leica. Hệ thống Citymapper là công nghệ hàng đầu thế giới trong công tác bay quét Lidar và chụp ảnh hàng không, thu thập, xử lý và thành lập dữ liệu không gian địa lý với độ chính xác cao, chất lượng đáp ứng được yêu cầu của thời đại.

Trong công tác thu nhận dữ liệu không gian địa lý công nghệ Lidar và công nghệ chụp ảnh hàng không là hai phương pháp làm giảm tối đa lao động chân tay của con người và mang lại hiệu quả cao. Với công nghệ Lidar các điểm địa hình, địa vật được đo trực tiếp nên đạt độ chính xác cao về độ cao, nhưng độ chính xác vị trí mặt phẳng đạt thấp và không có đủ thông tin mô tả tính chất, vị trí của vật thể. Trong khi đó công nghệ đo vẽ ảnh thực hiện đo các điểm địa hình, địa vật gián tiếp nên độ chính xác về độ cao đạt thấp còn độ chính xác vị trí mặt phẳng thu được cao hơn và còn có thông tin mô tả tính chất của vật thể. Sự phát triển của khoa học và công nghệ đã mở ra khả năng tích hợp hai công nghệ nói trên nhằm mang lại hiệu quả lớn hơn cho việc thu nhận dữ liệu không gian địa lý.

Hệ thống công nghệ Lidar tích hợp chụp ảnh hàng không là sự kết hợp 2 bộ thu nhận dữ liệu: cảm biến Lidar, máy ảnh hàng không cùng với hệ thống GNSS/IMU tạo ra một thực thể mới với mục đích kết hợp 2 loại dữ liệu Lidar và ảnh hàng không nhằm thu được thông tin chính xác và tin cậy. Cách thức tích hợp và ghi nhận số liệu Lidar và đo vẽ ảnh bao gồm xác định các đặc tính tham chiếu chung, thiết lập các quan hệ toán học với mô hình tương thích và thực hiện đánh giá đồng dạng.

Sản phẩm chính của hệ thống công nghệ Lidar tích hợp chụp ảnh hàng không: Đám mây điểm Lidar, mô hình số độ cao DEM, mô hình số bề mặt DSM, mô hình số địa hình DTM, ảnh cường độ phản xạ Intensity, ảnh nắn trực giao (orthophoto).

Hệ thống Lidar tích hợp ảnh kỹ thuật số Harrier 56/G4 kết hợp máy quét Lidar LMS-Q560 (Riegl) với máy ảnh Rollei AIC P45 và phần mềm xử lý dữ liệu Lidar TOPPIT được đưa vào sản xuất thành lập bản đồ và CSDL ở Việt Nam từ năm 2007 trong Dự án "Thành lập cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý tỉ lệ 1:2.000, 1:5.000 các khu vực đô thị, khu vực công nghiệp, khu kinh tế trọng điểm" và từ năm 2012 hệ thống này tham gia thực hiện dự án “Xây dựng mô hình số độ cao độ chính xác cao khu vực đồng bằng và ven biển phục vụ công tác nghiên cứu, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng”. Năm 2018 bắt đầu giai đoạn tiếp theo của công nghệ Lidar tích hợp chụp ảnh hàng không ở Việt nam với việc Tổng Công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam đầu tư hệ thống Citymapper của hãng Leica (Thụy sỹ). Bước đầu tiên trong việc ứng dụng hệ thống Citymapper trong nghiên cứu và sản xuất là tiếp tục thực hiện công tác bay chụp ảnh và quét Lidar trong Dự án “Xây dựng mô hình số độ cao độ chính xác cao khu vực đồng bằng và ven biển phục vụ công tác nghiên cứu, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng” với các sản phẩm đám mây điểm Lidar, mô hình số bề mặt DSM, mô hình số địa hình DTM và ảnh nắn trực giao (orthophoto). Sau đó sẽ nghiên cứu phân lớp đám mây điểm Lidar, tạo mô hình 3D tiến tới lập bản đồ 3D thành phố và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: Qui hoạch và kiến trúc đô thị, quản lý hạ tầng kỹ thuật tuyến phố, giao thông đô thị, môi trường và nghiên cứu phát triển đô thị, du lịch và bảo tồn, khảo cổ, theo dõi, quản lý và đánh giá rủi ro do thảm họa và thiên tai, nông nghiệp, quy hoạch và quản lý rừng, đa dạng sinh học, khai thác mỏ, khảo sát hành lang (Tuyến đường cao tốc, đường sắt, đường dây tải điện …).

PHẦN I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CITYMAPPER

Hệ thống Citymapper - Leica là một tổ hợp công nghệ rất hiện đại, bao gồm bộ cảm biến LiDAR Hyperion tích hợp với máy ảnh đa phổ RCD 30 có ống kính thẳng đứng CH82, khi được gắn thêm 4 ống kính xiên CH 81 thì sẽ trở thành hệ thống Citymapper đầy đủ. Máy ảnh RCD 30 sử dụng thiết kế tách chùm tia độc đáo để xuất ra ảnh 4 băng phổ đỏ, xanh lá cây, xanh da trời và cận hồng ngoại với một đầu máy ảnh đơn. Bộ cảm biến Lidar Hyperion sử dụng lăng kính Risley cho phép làm lệch hướng chùm tia laser để thực hiện quét xiên theo chế độ quét vòng tròn và do đó có thể thu được thông tin các bề mặt của các cấu trúc đứng trợ giúp cho việc lập mô hình 3D thành phố trong môi trường đô thị phức tạp. Hệ thống giá đỡ PAV100 đảm bảo ổn định tốt nhất cho bộ cảm biến Lidar và máy ảnh trong suốt quá trình thu nhận dữ liệu với các khả năng tự động hiệu chỉnh chuyển động góc, thu được ảnh thẳng đứng, cài đặt độ dạt tự động và khoảng ổn định rộng.

Hệ thống Citymapper là công nghệ cao cấp hơn so với hệ thống lidar tích hợp máy ảnh kỹ thuật số Harrier56/G4 mà Tổng công ty sử dụng từ năm 2007 đến nay. Các thành phần và tính năng kỹ thuật của hệ thống Citymapper như sau:

I.1 Cấu hình phần cứng hệ thống Citymapper

I.1.1 Bộ cảm biến Lidar Heperion
I.1.2 Đầu máy ảnh đa phổ RCD30 với ống kính thẳng đứng CH82, ống kính 2.8/80
I.1.3 Hệ thống giá đỡ ổn định: PAV100
I.1.4 Bộ điều khiển CC3X
I.1.5 Bộ lưu trữ dữ liệu: MM30 (4 ổ cứng với tổng dung lượng 48 Tb)
I.1.6 Màn hình điều khiển: OC60
I.1.7 Màn hình hiển thị bay: PD60
I.1.8 Bộ đo quán tính (IMU): LCI-100C của hãng Northrop Grummon (Đức)
I.2 Hệ thống phần mềm
I.2.1 Phần mềm MisionPro (Leica): Thiết kế bay chụp và quét Lidar
I.2.2 Phần mềm Flight Pro (Leica): Điều khiển quá trình bay chụp và quét Lidar
I.2.3 Phần mềm Inertial Explorer (Novatel - Canada): tính toán tọa độ và nguyên tố định hướng tâm máy ảnh, bộ cảm biến lidar và quỹ đạo tuyến bay.
I.2.4 Hệ thống phần mềm HxMap: gồm 4 module
+ HxMap APM - đo điểm tự động
+ HxMap Triangulation - Tính toán tam giác
+ HxMap Ortho Generator - Tổng hợp ảnh ortho
+ HxMap Infocloud - Thông tin đám mây điểm
I.2.5 Phần mềm TerraSolid (Phần Lan) gồm 4 module:
TerraScan, TerraModeler, TerraMatch, TerraPhoto cho phép xử lý đám mây điểm Lidar, phân lớp đám mây điểm, lập mô hình số độ cao (DEM), nắn ảnh trực giao, lập mô hình số địa hình (DTM), lập mô hình 3D

Hình 1: Hệ thống Citymapper cơ bản Hình 2: Hệ thống Citymapper đầy đủ

I.3. Các tính năng kĩ thuật của hệ thống Citymapper (cơ bản)

I.3.1 Bộ cảm biến Lidar Hyperion
Bước sóng laser: 1,064 nm
Tín hiệu laser phân kỳ: 0.25 mrad(1/e2)
Tần số xung lặp: lên tới 700 kHz
Tín hiệu xung phản hồi: lập trình có thể lên tới 15 xung tín hiệu.
Độ cao hoạt động: 300 - 2500 m so với mặt đất khi công suất phát tối đa: 700
khz ; 4000m so với mặt đất khi giảm công suất phát.
Tốc độ quét: có thể lập trình lên đến 100 Hz (6000 RPM vòng/phút)
Kiểu quét: Quét xiên (oblique)
Chế độ quét: vòng tròn
Góc nhìn: 40 độ
Độ rộng vạt quét: lên tới 70% độ cao bay
Mật độ điểm với tốc độ bay 210 km/h: 8 điểm/m2 ở độ cao 1000 m,
4 điểm/m2 ở độ cao 2000 m
Có khả năng thu dữ liệu với đối tượng có độ phản xạ 10%
Độ chính xác đo khoảng cách: < 2 cm RMS
Độ chính xác độ cao: < 5 cm 1 σ
Độ chính xác mặt phẳng: <13 cm 1 σ
I.3.2 Máy ảnh đa phổ RCD30 với ống kính thẳng đứng CH82
Độ phân giải cảm biến (80MP): 10.320 x 7.752 pixels
Kích thước pixel: 5.2µm
Độ phân giải mặt đất đạt 6.5cm tại độ cao bay chụp: 1000m
13 cm tại độ cao bay chụp: 2000m
Giải phổ: Đỏ, xanh lá cây, xanh da trời và cận hồng ngoại (RGB và NIR)
Tiêu cự: 83 mm
I.3.3 Bộ đo quán tính IMU LCI – 100C
Cấu tạo gồm 3 con quay hồi chuyển sợi quang, một bộ ba gia tốc kế B-290 và module xử lý có các thông số kỹ thuật sau:
Khoảng đo cảm biến vận tốc góc: ±495°/s
Khoảng đo của gia tốc kế: ± 10g
Độ lệch góc ngẫu nhiên lớn nhất: > 0.0012° ; <0.0035°
Độ lệch vận tốc ngẫu nhiên lớn nhất: <100 mg/
Độ lệch trục lớn nhất: ≤ 0.5 mrad
I.3.4 Hệ thống giá đỡ ổn định PAV100
Hệ thống giá đỡ ổn định PAV100 với bộ cảm biến con quay hồi chuyển cân bằng luôn ổn định máy ảnh, bộ cảm biến lidar theo phương thẳng đứng ; bù trừ đầy đủ các chuyển dịch của máy bay tại thời điểm lộ quang ; cung cấp số liệu điều khiển tự động góc dạt (yaw) và bù trừ góc nghiêng (pitch) và xoắn (roll) nhờ sử dụng dữ liệu IMU chính xác.

I.4 Các dạng sản phẩm chính:

Hình 3: Ảnh nắn trực giao (orthophoto )

Hình 4: Đám mây điểm Lidar và mặt cắt ngang

Hình 5: Mô hình số địa hình DTM

Hình 6: Ảnh nắn trực giao, đám mây điểm Lidar,mô hình số địa hình DTM

Hình 7: Lưới RGB (RGB mesh) trùm lên đám mây điểm

Hình 8: Sản phẩm của mô hình hóa thành phố:
lưới kết cấu ( textured mesh) và mô hình CAD

PHẦN II: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG CITYMAPPER TẠI TỔNG CÔNG TY TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM

II.1 Quy trình công nghệ lập mô hình số độ cao (DEM) và bình đồ trực ảnh

Hình 9: Sơ đồ qui trình công nghệ của hệ thống Citymapper

II.2 Các ứng dụng, dịch vụ cơ bản của hệ thống City mapper cho các ngành, các lĩnh vực.

1- Thành lập mô hình DEM; DTM và CSDL địa lý cho các dự án quốc gia, vùng, miền, tỉnh thành tỷ lệ 1/1000 -1/10000.

2. Thành lập CSDL không gian và bản đồ 3D ứng dụng cho: Thành phố thông minh và bản đồ 3D gắn thông tin GIS; Lĩnh vực bản đồ địa chính 3D, các vấn đề liên quan đến bất động sản 3D; Dữ liệu quan trọng trong hợp phần của hệ thống hạ tầng CSDL Địa lý quốc gia tương lai

3- Qui hoạch, quản lý và kiến trúc đô thị:

- Lập bản vẽ 3D của khu phố như chiều cao nhà, các công trình xây mới (cũ), nhà công cộng, xác định không gian và cảnh quan của khu vực quy hoạch; Lập kế hoạch sử dụng đất, mô phỏng ảnh hưởng của các phương án qui hoạch, trình bày các phương án qui hoạch một cách trực quan trên nền 3D; Tạo ra một bản đồ 3D thực tế và giả lập (ảo) cho phép thử nghiệm các giải pháp quy hoạch và xây dựng đô thị.

- Mô hình số độ cao DEM cùng với hình ảnh 3D cung cấp thông tin chính xác về độ cao mặt đất, nền đường, nền công trình phục vụ nghiên cứu cấp thoát nước;

- Cung cấp hình ảnh 3D và thông tin độ cao chính xác về hạ tầng kỹ thuật ngành điện lực, viễn thông: đường dây, trạm điện, trạm phát sóng điện thoại di động…phục vụ quy hoạch, xây dựng và phát triển mạng lưới điện, viễn thông.

- Cung cấp mô hình số địa hình (DTM), mô hình số bề mặt (DSM), độ cao nhà phục vụ phân tích trường quan sát, phân tích khả năng hấp thụ và tán xạ tín hiệu; Mô phỏng khả năng phủ sóng trong không gian nhất là trong môi trường đô thị cho nhiều loại mạng không dây khác nhau; Cung cấp các số liệu 3D về các công trình trên tuyến phố như nhà chờ xe buýt, bến tàu, nhà ga đường sắt trên cao, tàu điện ngầm, đường trên cao, cầu, cống, vỉa hè, biển báo giao thông, hệ thống đèn chiếu sáng, đèn hiệu,...phục vụ cho quản lý, quy hoạch giao thông đô thị

4- Khảo sát hành lang: Lập bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng, mô hình số địa hình DTM dọc theo tuyến khảo sát phục vụ cho các công việc lập thiết kế tuyến đường, tính toán đền bù giải phóng mặt bằng, tính toán khối lượng đào, đắp…

5- Lập bản đồ, mô hình số độ cao cho các khu công nghiệp, công trình xây dựng, nhà máy, các dự án xây dựng đô thị, nhà ở cao tầng,..

6- Cung cấp mô hình số độ cao (DEM) độ chính xác cao phục vụ xây dựng các chương trình phòng chống lũ lụt, lập kịch bản ngập lụt, nước biển dâng.

7- Lập mô hình số bề mặt (DSM) khu vực sân bay, khu vực bố trí trận địa bảo vệ vùng trời của Bộ Quốc phòng phục vụ công tác quản lý, điều hành bay; quản lý độ cao chướng ngại vật hàng không.

8- Lập mô hình số độ cao (DEM) độ chính xác cao cho xây dựng chương trình mô phỏng địa hình 3D phục vụ các hoạt động quân sự như: huấn luyện, diễn tập, chiến đấu, đổ bộ...

9- Nông nghiệp, quy hoạch và quản lý rừng: Quản lý, quy hoạch các vùng canh tác, quy hoạch, thiết kế, vận hành các hệ thống tưới tiêu; Theo dõi đánh giá sự phát triển của cây trồng, phân tích, theo dõi hiện trạng, sự phát triển của rừng.

10- Khả năng của Lidar đo xuyên qua tán cây với 15 lần phản hồi của tín hiệu cùng với ảnh đa phổ giúp cho nghiên cứu sinh khối, diện tích che phủ thực vật trong các công viên, khu vực bảo tồn, vườn Quốc gia…;

11- Theo dõi, quản lý và đánh giá rủi ro do thảm họa và thiên tai: trợ giúp thống kê diện tích, tính toán khối lượng do rủi ro thảm họa; So sánh hiện trạng trước và sau tai biến môi trường, ngập lụt, cháy rừng…

12- Cung cấp mô hình số độ cao (DEM) độ chính xác cao phục vụ xây dựng các chương trình tìm kiếm, cứu hộ, cứu nạn.

13- Du lịch và bảo tồn, khảo cổ: cung cấp số liệu 3D về điểm du lịch, di tích văn hóa, cảnh quan, khu vực khảo cổ.

Ngoài ra sản phẩm của hệ thống còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: an ninh, quân sự, bản đồ hướng ngắm, mô hình thực tế ảo...

KẾT LUẬN

Công nghệ thu thập và xử lý dữ liệu không gian địa lý ở Việt Nam và trên thế giới trải nhiều giai đoạn phát triển, đó là: Giai đoạn gắn với sự phát triển của công nghệ GPS và toàn đạc điện tử, đã giải phóng căn bản việc đo đạc, thu thập dữ liệu ngoại nghiệp; Công nghệ đo vẽ ảnh số đã thay đổi một cách toàn diện việc thành lập bản đồ địa hình; Giai đoạn từ năm 2008 với sự phát triển của hệ thống thông tin địa lý (GIS), việc thu thập và xử lý dữ liệu không gian địa lý ngày càng quan trọng và việc ứng dụng cơ sở dữ liệu nền địa lý trong các ngành, các lĩnh vực là tất yếu. Hiện nay, thế giới đang bước vào cuộc cách mạnh công nghiệp 4.0, dữ liệu địa không gian có yêu cầu ngày càng cao hơn. Đó là thu thập, xử lý dữ liệu và xây dựng cơ sở dữ liệu không gian địa lý 3D làm cơ sở dữ liệu nền để xây dựng các cơ sở dữ liệu chuyên ngành khác.

Hệ thống công nghệ Lidar tích hợp chụp ảnh hàng không Citymapper cùng với phần mềm Terrasolid là bộ công cụ đầy đủ cho các công việc thu nhận dữ liệu Lidar và ảnh từ trên máy bay với độ chính xác cao, chất lượng đáng tin cậy và quy trình xử lý dữ liệu làm ra các sản phẩm: đám mây điểm, mô hình số độ cao (DEM), mô hình số bề mặt (DSM), bình đồ ảnh, mô hình 3D...Trong thời gian tới, Tổng Công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam tiếp tục hoàn thiện quy trình công nghệ của Hệ thống Citymapper và nghiên cứu ứng dụng sản phẩm của Hệ thống này cho công tác xây dựng cơ sở dữ liệu không gian địa lý, dữ liệu 3D.... đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của lĩnh vực tài nguyên môi trường, xây dựng thành phố thông minh, chính phủ điện tử và các lĩnh vực khác trong sự phát triển chung của nền kinh tế quốc dân, góp phần giúp chúng ta bước chân lên con tàu Cách mạng Công nghiệp lần thứ Tư.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Văn bản giới thiệu năng lực hệ thống Citymapper - hãng Leica (Thụy sỹ).
[2]. Hướng dẫn sử dụng phần mềm HxMap của hãng Hexagon (Thụy điển).
[3]. Hướng dẫn sử dụng phần mềm Terrasolid ( Phần Lan )
[4]. Bài giảng Đào tạo hệ thống Citymapper - Kapoun Gerald – Hãng Leica
[5]. Bản giới thiệu Improvement in Citymodelling - Ron Roth- product manager
      Airborn Topographic Lidar – Leica Geosystem
[6]. Integration of Lidar and photogrametric data for enhanced aerial
      triangulation and camera calibration. Abdulhamed Salhen Gneesis, School
      of Engineering and Geosciences Newcastle University 2013.

APPLICATION OF LIDAR INTEGRATED AERIAL PHOTOGRAPHY TECHNOLOGY WITH SYSTEM CITYMAPPER IN CAPTURING, PROCESSING AND BUILDING GEOGRAPHIC SPACE DATA
Eng. Le Tuan Anh; Eng. Tran Duc Thuan, MSc Pham Van Tuan, BSc Le Dinh Hien
Coorporation of Natural resources and environment Viet Nam

Abstracts: Integrated technology LiDAR and aerial photography (Citymapper - Leica) is a very modern system combining hardware, software with superior, flexible technical features.The products of the system are multi-descriptive geographic objects, providing accurate earth surface information honestly.
Introduction of integrated aerial lidar and photography system’s applications in Vietnam from 2007, presentation of basic production workflow, application capabilities of Citymapper system in geographic space data collection to meet the requirements of the natural resources and environment sector are the core content of this article.

5. GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRONG CÔNG TÁC ĐO ĐẠC ĐỊA HÌNH KHU VỰC BÃI BỒI VEN BIỂN VIỆT NAM

Link download:Giải pháp công nghệ trong công tác đo đạc địa hình khu vực bãi bồi ven biển Việt Nam.pdf

ThS. Nguyễn Thị Kim Dung, Ks. Dương Hồng Yên, Cn. Nguyễn Thị Thanh Huệ Anh
Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt nam

TÓM TẮT

Việt Nam có đường bờ biển rất dài với nguồn lợi rất phong phú nhưng lại thường xuyên chịu nhiều tác động của các yếu tố tự nhiên và hoạt động của con người. Điều này đặt ra cho công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên, quy hoạch phát triển kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng rất nhiều nhiệm vụ. Trong đó thông tin, dữ liệu phục vụ công tác khảo sát, điều tra cơ bản ngày càng đòi hỏi chính xác, kịp thời. Hiện nay cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:10.000 , 1:2.000, 1:5.000 đã phủ kín phần đất liền, trong khi đó nhiệm vụ đo đạc địa hình dải ven bờ biển trong những năm qua vẫn đang gặp những khó khăn do sự phức tạp của điều kiện địa lý, tự nhiên. Bài báo viết về một trong những kết quả nghiên cứu giải pháp công nghệ đo đạc địa hình phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý cho các khu vực bãi bồi ven biển Việt Nam.

1. Đặt vấn đề

Khu vực bãi bồi vùng ven biển ở nước ta chịu nhiều tác động bởi các yếu tố tự nhiên. Những tác động này mang đến những giá trị đa dạng sinh học cao, nguồn lợi thủy sản dồi dào, cảnh quan phong phú và đặc biệt là nguồn tài nguyên đất đai quý giá. Gần đây, xu thế khai thác và sử dụng đất bãi bồi ven biển phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội ngày càng tăng, tuy nhiên cũng đặt ra nhiều thách thức đối với việc quản lý tài nguyên, môi trường. Để đáp ứng yêu cầu này, dữ liệu địa hình là một trong những lớp thông tin cơ bản phục vụ Quy hoạch, quản lý khu vực bãi bồi ven biển, theo tiêu chí phát triển bền vững, đa mục tiêu tạo thuận lợi cho công tác quản lý tổng hợp các nguồn tài nguyên, phát triển kinh tế bền vững và đảm bảo an ninh quốc phòng.

Tuy nhiên, đo đạc địa hình ven biển luôn là nhiệm vụ hết sức khó khăn, đặc biệt là phải đáp ứng yêu cầu độ chính xác ngày càng cao. Với hiện trạng công nghệ hiện nay trên thế giới, đo đạc địa hình ven biển đã đạt được những thành tựu nhất định. Thể hiện bằng việc ứng dụng công nghệ đo sâu đa tia, đơn tia, công nghệ bay quét LiDAR ( dùng máy phát xung laser cho cả hai chùm tia xanh và đỏ) cho cả khu vực trên cạn và dưới nước kết hợp chụp ảnh kỹ thuật số vùng ngập nước.

Ở Việt nam, với dải bờ biển dài 3200 km, khối lượng nhiệm vụ đo đạc địa hình ven biển là rất lớn, địa hình khá đa dạng nhưng chưa có được các thiết bị chuyên dụng cho đo đạc địa hình ven biển, do đó nghiên cứu các giải pháp công nghệ đo đạc hiện có kết hợp phân tích các điều kiện địa lý, tự nhiên biển Việt Nam là rất cần thiết để đạt hiệu quả tối ưu trong đo đạc địa hình phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu khu vực bãi bồi ven biển có độ chính xác cao.

2.Các dạng địa hình ven biển Việt nam và độ chính xác đo vẽ địa hình

Địa hình ven biển miền Bắc

Miền Bắc hầu hết các bãi bồi được hình thành tại các cửa sông lớn ven biển. Hệ thống sông của khu vực này chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, các cửa sông tương đối rộng và độ dốc lòng sông lớn lòng dẫn có xu thế mở rộng ra phía biển. Cửa sông phát triển theo qui luật thành tạo bãi ngầm, đảo chắn cửa sông làm đổi hướng dòng chảy như cửa Ba Lạt, cửa Trà Lý hoặc kéo dài lòng dẫn theo sự phát triển của các doi cát ven cửa sông chạy dài ra phía biển như cửa Thái Bình, cửa Diêm Hộ [1]. Đặc điểm địa hình và thực vật ở đây là các bãi lầy sú vẹt phát triển mở rộng với hệ thống lạch triều phát triển. Tuy nhiên, đây là vùng có thuỷ triều lên xuống rất mạnh, khi nước rút kiệt, mực nước xuống thấp vùng cửa biển lộ ra nhiều bãi bùn lầy và các vùng đất thấp dọc theo 2 bên bờ sông cho phép thực hiện công tác đo đạc địa hình ví dụ cửa Bạch Đằng thuộc các huyên Thuỷ Nguyên, Hải An của Hải Phòng và huyện Yên Hưng của Quảng Ninh [1].

Địa hình ven biển miền Trung

Địa hình miền Trung có đặc điểm chung là dài, hẹp theo chiều ngang Đông Tây, địa hình dốc, phía Đông tiếp giáp với biển Đông, phía Tây được bao bọc bởi dãy Trường Sơn. Địa hình bị chia cắt mạnh bởi đèo, đồi núi và sông suối, nhiều sông tương đối lớn. Sông, suối nhiều nhưng chiều dài các sông đa số ngắn và có độ dốc lớn nên tốc độ tập trung nước rất nhanh. Địa hình bờ biển tương đối phức tạp do sự đâm ngang của các mỏm núi tạo ra các vùng lồi lõm, bên cạnh đó là sự xen kẹp của các đầm phá và các vùng vịnh, đã tạo thêm cho sự phức tạp các chế độ động lực và vận chuyển cát ven bờ [2]. Độ dốc sườn bở ngầm lớn cộng với mặt biển thoáng, biên độ thuỷ triều nhỏ, chế độ thuỷ văn sông chỉ mạnh vào mùa lũ, nên sóng và dòng ven vẫn áp sát vào bờ để xâm thực, vận chuyển, sắp xếp lại vật liệu thành tạo nên các bãi bồi có diện hẹp và cùng phương với đường bờ biển. Do đặc điểm tạo thành các cửa sông miền Trung đa phần nhỏ hẹp thường xuyên bị bồi lấp và không ổn định, địa hình đáy biển tương đối dốc, biên độ lên xuống của thuỷ triều không cao nên phần cửa sông lấn ra biển không nhiều [4].

Địa hình ven biển miền Nam

Địa hình ven biển miền nam chịu ảnh hưởng chuyển tiếp giữa hai khối: khối nâng và địa hình cao phía bắc, khối hạ với địa hình thấp phía Nam. Các cửa sông ven biển này ngoài phần đất nổi nằm tiếp giáp với biển còn có cả phần châu thổ ngầm. Các cồn cát duyên hải cao đến 5m đã trở thành những dạng địa hình quan trọng. Trên bề mặt đồng bằng thấp vào khoảng 1 - 2m, còn có những khu vực trũng thấp hơn 1 m, ngập nước vào mùa mưa. Tuy nhiên, ven các cửa sông và bờ biển do tác động của thủy triều và sóng lại có những dải đất cao đến 3m. Dễ nhận thấy nhất là những đảo nhỏ, những “cù lao”, những “cồn” như người ta thường gọi, chẳng hạn như cù lao Dài (Vĩnh Long), cù lao Nấm Thôn, cồn Bà Nở (Mỹ Tho), cù lao Cồn Cốc, cù lao Dung, cù lao Tròn, cù lao Nai (Sóc Trăng)… Phần hoạt động nhất của châu thổ chỉ gồm toàn những đảo lớn được bao bọc bởi các sông chia nhánh ngày càng tỏa rộng ra phía biển[3]. Thực phủ chủ yếu trong khu vực này là các rừng đước, bần, mắm, bụi cây chà là, sú vẹt. Đặc biệt có rừng ngập mặn Cần Giờ là khu dự trữ sinh quyển Quốc Gia. Khác với châu thổ Bắc Bộ, những bãi phù sa biển ở hạ châu thổ sông Cửu Long không phát triển bao nhiêu. Điều này có liên quan đến các dòng phù sa và chúng không dừng lại các cửa sông mà đi tiếp về phía mũi Cà Mau để bồi đắp cho vùng giao giáp giữa biển Đông và Rạch Giá. Biên độ thuỷ triều lên xuống ở vùng này thuộc loại lớn nhất Việt Nam khoảng 3-4 m trong kì nước cường còn mức trung bình là 2 - 4 m. Địa hình bờ biển ở bãi bồi này là bằng phẳng, thoai thoải đổ ra biển nên khi nước thuỷ triều rút kiệt đường mép nước ra cách xa đường bờ biển có nơi đến 10 km. Quá trình bồi tụ và xói lở hàng năm diễn ra không giống nhau, hơn nửa chiều dài đoạn bờ biển có rừng ngập mặn, các bãi nuôi trồng thủy sản.

Trên cơ sở kết quả khảo sát các dạng địa hình các khu vực bãi bồi ven biển khác nhau, căn cứ vào các văn bản kỹ thuật hiện hành, yêu cầu độ chính xác độ cao trong công tác đo đạc địa hình khu vực bãi bồi ven biển thể hiện trong bảng sau

Bảng 1. Các dạng địa hình ven biển và độ chính xác đo vẽ địa hình

3. Điều kiện khí tượng và hải văn:

Các yếu tố khí tượng hải văn tác động lên vùng cửa sông ven biển bao gồm: nhiệt độ, mưa, nắng, gió, sóng, thuỷ triều, dòng chảy sông ngòi, dòng chảy gió, dòng chảy sóng ven bờ, dòng chảy tổng hợp…
Để lựa chọn thời gian tối ưu trong năm cho việc bay quét và chụp ảnh ở vùng cửa sông ven biển cần xem xét 2 yếu tố chính là thuỷ triều và các điều kiện khí tượng khác như thời điểm quang mây, sóng, gió [7].
3.1 Thuỷ triều

Hình 1: Biểu đồ mực nước thủy triều tại các khu vực

Dựa trên kết quả khảo sát quy luật thuỷ triều hàng năm có thể tìm ra mực nước thuỷ triều thấp nhất trong từng tháng của năm tại các khu vực cần đo, để lựa chọn thời điểm đo và công nghệ phù hợp.
3.2 Thời điểm quang mây
Thời điểm quan mây là thông tin thời tiết hữu ích đối với công việc đo đạc địa hình ven biển Việt Nam.

Hình 2: Biểu đồ tần suất quang mây tại các khu vực

3.3 Chế độ sóng, gió

Để lập kế hoạch áp dụng công nghệ đo sâu tại các vùng cửa sông ven biển cần xem xét 2 yếu tố hải văn chính ảnh hưởng đến điều kiện thi công đó là:
- Chọn thời gian thuỷ triều lên cao
- Điều kiện sóng gió ở mức đảm bảo an toàn.
Dưới đây là một số đặc điểm tình hình sóng gió ở các khu vực cửa sông ven biển.
Vùng ven biển Quảng Ninh
Chế độ sóng gió ở đây được chia thành 2 mùa: mùa đông và mùa hè. Do ảnh hưởng của địa hình mà tốc độ và hướng sóng có sự khác biệt lớn giữa ven bờ và ngoài khơi.
Vùng cửa sông ven biển và các vịnh địa hình tương đối kín nên sóng yếu, chỉ đạt độ cao 1.0 m trong gió bão.
Vùng ven biển từ Hải phòng đến Ninh Bình
Trong mùa đông các hướng sóng chính là Đông Bắc 11%, Đông 34% và Đông Nam 22 . Cấp độ sóng ở ven bờ đạt 0.75-3 m.
Trong mùa hè các hướng sóng chính là Đông Nam 24%, Nam 20% cấp độ sóng ven bờ đạt 0.7-1.2 m. Trong giai đoạn chuyển mùa vào các tháng 4,5 và 10, 11 hướng sóng chính là Đông và Đông Nam với cường độ giảm nhiều so với mùa chính.
Khu vực Thanh Hóa – Hà Tĩnh
Mùa đông có sóng thịnh hành là hướng Đông Bắc độ cao sóng trung bình 0.8 - 0.9 m , độ cao sóng cao nhất 2.0 - 2.5 m. Vào mùa hè hướng sống thịnh hành là Đông Nam độ cao sóng trung bình 0.6 - 0.7 m , độ cao sóng cao nhất 3.0 - 3.5 m.
Khu vực Quảng Bình –Đà Nẵng
Mùa đông có sóng thịnh hành là hướng Đông Bắc độ cao sóng trung bình 0.8 - 0.9 m , độ cao sóng cao nhất 4.0 - 4.5 m. Vào mùa hè hướng sống thịnh hành là Đông Nam độ cao sóng trung bình 0.6 - 0.7 m , độ cao sóng cao nhất 3.5 m. Trong tháng 7,8 hướng sóng Tây - Tây Nam chiếm ưu thế độ cao sóng trung bình 0.7 m , độ cao sóng cao nhất 4 m.
Khu vực Quảng Nam – Bình Thuận
Mùa đông có sóng thịnh hành là hướng Đông Bắc, trong tháng 1 là hướng Bắc độ cao sóng trung bình 0.9 – 1.0 m, độ cao sóng cao nhất 4.0 m. Từ tháng 5 đến tháng 9 hướng sống thịnh hành là Tây Nam độ cao sóng trung bình 0.8 – 1.0 m , độ cao sóng cao nhất 3.5 m. Trong tháng 10-12 hướng sóng Bắc – Đông Bắc chiếm ưu thế độ cao sóng trung bình 0.9 m , độ cao sóng cao nhất 3.5 - 4 m.
Khu vực cửa sông ven biển Đông Nam Bộ
Độ cao sóng trong gió mùa Đông Bắc là 4 - 4.5 m và 3.5-4 m trong gió mùa Tây Nam. Các hướng sóng nguy hiểm là Bắc Đông Bắc – Đông Đông Nam trong mùa Đông và Đông Nam và Tây Nam trong mùa hè. Từ Phan Rang đến cửa Định An độ cao sóng giảm dần từ Bắc xuống Nam,, hướng sóng thịnh hành là Bắc Đông Bắc và Đông Bắc. Từ cửa Định An xuống đến Cà Mau, độ sóng tăng đáng kể từ Bắc xuống Nam, hướng sóng thịnh hành chuyển sang Đông, Đông Đông Nam..
Khu vực của sông ven biển Tây Nam Bộ
Độ cao sóng hữu hiệu cực đại khoảng 2.5-3 m với hai hướng sóng nguy hiểm là Đông Nam và Tây Nam. Hai tháng có sóng mạnh nhất là tháng 7 và tháng 8. Khu vực từ Rạch Giá đến Hà Tiên sóng rất nhỏ do được đảo Phú Quốc che chắn. Từ Rạch Giá đến Cà Mau, càng xuống phía Nam sóng càng mạnh đặc biệt là sóng có hướng Tây Bắc.
4. Giải pháp công nghệ trong đo đạc địa hình ven biển.
4.1. Một số công nghệ đo đạc địa hình hiện có tại Việt Nam
a. Công nghệ bay quét LiDAR kết hợp chụp ảnh kỹ thuật số
Công nghệ bay quét LiDAR kết hợp chụp ảnh kỹ thuật số đóng vai trò chủ đạo trong công tác đo đạc ảnh địa hình khu vực bãi bồi ven biển. Công nghệ này với khả năng phát đi và nhận lại xung laser phản hồi từ bề mặt đất/bùn ở những nơi thuỷ triều vừa rút đi được áp dụng để thu nhận đối tượng địa lý tại những khu vực có nền đất yếu. Yêu cầu lớn nhất khi ứng dụng hệ thống bay quét LiDAR kết hợp chụp ảnh kỹ thuật số vào công tác thu nhận thông tin các đối tượng địa lý vùng bãi bồi ven biển Việt nam cần phải tận dụng tối đa thời gian khi nước thuỷ triều rút cạn nhất để bay quét và chụp được nhiều diện tích nhất ở các khu vực ngập nước do thuỷ triều. Để đáp ứng được yêu cầu này công tác chuẩn bị triển khai bay quét bao gồm các nội dung:
-    Khu vực bãi bồi ven biển cần đủ lớn về diện tích để áp dụng công nghệ bay quét LiDAR có hiệu quả nhất, với một số tiêu chuẩn như: độ dài trên 25 km, độ rộng trên3 km đủ để thiết kế các tuyến bay.
-    Xác định mùa bay chụp tối ưu hàng năm theo từng vùng bãi bồi ven biển trên cơ sở phân tích các yêú tố hải văn, điều kiện thời tiết và các yêu cầu bay quét và chụp ảnh.
-    Đối với từng ngày bay cụ thể người chỉ huy bay chụp phải căn cứ vào các bản tin dự báo thời tiết hàng ngày trên cơ sở đối chiếu lịch thuỷ triều hàng tháng tại mỗi khu vực bãi bồi để có quyết định thời điểm bắt đầu và kết thúc ca chụp ảnh chính xác vừa đảm bảo chất lượng thông tin thu thập được vừa đạt hiệu quả bay chụp cao.
    b. Công nghệ đo trực tiếp
    - Đo sâu hồi âm đơn tia (SBES): Công nghệ đo sâu hồi âm đơn tia (SBES) thường được xem là công nghệ đo sâu truyền thống, độ rủi ro khi triển khai thấp và được sử dụng rộng rãi. Trong công nghệ này thiết bị đo sâu hồi âm được đặt trên thuyền hoặc tàu và gắn với hệ thống định vị GPS. Ảnh hưởng của điều kiện khí tượng hải văn lên công tác đo bằng phương pháp này khoảng cách tối thiểu từ đáy tàu/ thuyền đo đặt thiết bị đo hồi âm tới đáy biển sẽ xác định mực nước tối thiểu có thể thực hiện phép đo. Công nghệ đo sâu SBES có thể được áp dụng tại các vùng biển rất nông cho tới các vùng biển rất sâu. Công nghệ này được áp dụng tại những khu vực ngập nước có độ sâu >3 m; Khi lập kế hoạch đo sâu vùng bãi bồi ven biển ta phải lựa chọn các tháng trong năm có mực nước thuỷ triều lên cao nhất cùng các yếu tố sóng, hướng gió, cấp độ gió và tình hình nước dâng của khu vực thi công. Lịch thuỷ triều cụ thể kết hợp với các yếu tố hải văn khác tại từng khu vực cho phép lựa chọn thời gian triển khai và kết thúc công tác đo sâu để có thể mô tả tối đa diện tích các khu vực bãi bồi phần ngập nước.
- Đo sâu địa hình bằng sào: Sử dụng máy toàn đạc độ chính xác cao, gương sào, sào đo và phương pháp tọa độ cực để đo chi tiết trong khu khu vực nước nông. Công nghệ đo sâu bằng sào được thực hiện tại những khu vực có độ sâu <3 m. Đây là công nghệ tương đối thủ công do đó khi thực hiện công nghệ này cũng cần quan tâm đặc biệt các thông tin về khí tượng thủy văn và thời tiết.
- Đo độ cao theo thời gian thực (RTK - Real Time Kinematic): Công nghệ này thường được áp dụng đối với trường hợp đo bổ sung phần hở, hụt, lỗi dữ liệu với điều kiện thực địa cho phép. Điều kiện khí tượng hải văn để lựa chọn phương pháp này là thuỷ triều rút cạn nhất và không mưa. Khi lập kế hoạch đo đạc trực tiếp tại các vùng bãi bồi ven biển phải xem xét các yếu tố mùa mưa, mùa khô trong khu vực và đối chiếu lịch thuỷ triều của cửa sông cần đo để có phương án thi công hiệu quả nhất.

4.2 Giải pháp công nghệ trong đo đạc địa hình ven biển

Trên cơ sở phân tích các đặc điểm địa hình địa mạo kết hợp với thông tin về khí tượng, hải văn từ đó lựa chọn các giải pháp công nghệ tối ưu cho đo đạc địa hình ven biển Việt Nam để đạt yêu cầu độ chính xác và đảm bảo tính kinh tế. Bảng sau đây đề xuất một số phương án tối ưu trong phối hợp các giải pháp công nghệ và lựa chọn điều kiện khí tượng, hải văn khi triển khai nhiệm vụ đo đạc địa hình các vùng biển Việt Nam.

Bảng 2: Phương án phối hợp trong công tác đo đạc địa hình khu vực bãi bồi ven biển

4.3 Thử nghiệm áp dụng phối hợp các công nghệ trong đo đạc địa hình ven biển Việt Nam

Khu vực thử nghiệm là vùng bãi bồi cửa sông Diêm Hộ, huyện Thái Thuỵ, tỉnh Thái Bình. Địa hình tương đối bằng phẳng, hơi nghiêng về phía biển, với độ dốc không lớn, các bãi lầy ven biển có rừng sú vẹt dầy, cao[5]. Địa hình khu đo chủ yếu là bãi bồi, mở rộng ra biển hàng năm với diện tích hàng trăm hécta, tuy nhiên mức độ bồi tụ không đồng đều về không gian và thời gian. Vùng ven biển các cửa sông Thái Bình có chế độ thuỷ triều khá thuần nhất với biên độ dao động tối đa 3.0 - 3.5 m.

Khu vực thử nghiệm có diện tích khoảng 45 km2 bao gồm các dạng địa hình cơ bản như: địa hình hoàn toàn khô cạn, khu vực này không chịu sự ảnh hưởng của thủy triều; khu vực bán ngập, thời gian ngập nước phụ thuộc vào lịch triều. Sử dụng nguồn thông tin, tư liệu, dữ liệu để xác định ranh giới khu đo, lập kế hoạch đo, xây dựng lưới khống chế ngoại nghiệp, thiết kế các tuyến đo mặt cắt.

Hình 3: Phạm vi khu thử nghiệm

Sử dụng dữ liệu thu nhận được từ công nghệ bay quét LiDAR kết hợp chụp ảnh kỹ thuật số bằng hệ thống Harrier 56/G4 thực hiện vào tháng 12 năm 2010, sản phẩm thuộc dự án về đánh giá tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng. Quá trình bay quét phần đất liền đã phủ chờm ra vùng địa hình bãi bồi cửa sông ven biển khu vực Diêm Điền tại thời điểm mực nước triều tương đối thấp. Các sản phẩm đảm bảo việc thành lập DEM có độ chính xác độ cao 0,2 - 0,3m, độ chính xác mặt phẳng 0,3m. Mật độ điểm độ cao khoảng 1,2 - 1,3 điểm/m2 , ảnh màu được chụp kết hợp đồng thời với độ phân giải mặt đất 0,15m.
Nguồn dữ liệu này phủ kín khoảng 2/3 diện tích khu vực thử nghiệm, phần diện tích còn lại ngập nước sẽ thu nhận dữ liệu bằng công nghệ đo sâu.

Hình 4: Phạm vi dữ liệu độ cao thu nhận bằng công nghệ bay quét LiDAR

Sử dụng công nghệ đo sâu hồi âm đơn tia tiến hành đo sâu trên phần diện tích còn lại, độ chờm phủ 200m đảm bảo kết nối dữ liệu với khu vực đo độ cao.

Hình 5: Dữ liệu độ cao thu nhận bằng công nghệ đo sâu

Tích hợp dữ liệu thu nhận được từ kết quả đo đạc địa hình theo các giải pháp công nghệ trên đây, xây dựng dữ liệu mô hình số địa hình cho khu vực thực nghiệm

Hình 6: DTM khu vực thực nghiệm

b. Đánh giá độ chính xác

Để đánh giá độ chính xác độ cao khu vực thử nghiệm, sử dụng công nghệ GPS-RTK tiến hành đo kiểm tra 54 điểm tại các vị trí mặt đường, mặt đê, mặt ruộng, mép nước, trong đó có nhiều điểm bố trí tại các khu vực đầm lầy, xú vẹt. Độ chính xác độ cao đạt 0,256 m [6] được đánh giá dựa trên số chênh so với giá trị độ cao các điểm kiểm tra được xác định bằng công nghệ GPS-RTK. Với những khu vực thực hiện bằng phương pháp đo sâu hồi âm đơn tia độ chính xác đạt 0.27m, thỏa mãn yêu cầu đặt ra.

Sơ đồ bố trí điểm kiểm tra như sau:

Hình 7: Sơ đồ bố trí điểm đo kiểm tra

độ chính xác DTM khu vực thử nghiệm

4. Kết luận

Phương pháp phối hợp các công nghệ trong đo đạc địa hình ven biển là khả thi, cho phép thực hiện các nhiệm vụ xây dựng cơ sở dữ liệu không gian địa lý đối với các khu vực bãi bồi, cửa sông và ven biển. Để tăng tính hiệu quả của giải pháp cần lựa chọn thời điểm đo tối ưu để thực hiện đo đạc phù hợp với loại công nghệ áp dụng trên cơ sở theo dõi điều kiện khí tượng, hải văn, lịch triều của từng khu vực bờ biển.

Theo vị trí địa lý và đặc điểm địa hình, bờ biển Việt Nam được phân chia thành 03 loại, tuy nhiên, căn cứ vào điều kiện để lựa chọn công nghệ và yêu cầu về độ chính xác đo đạc địa hình, dải ven biển Việt Nam bao gồm 02 loại: khu vực bãi triều thoải rộng, hệ thống lạch triều phát triển, hệ thống rừng ngập mặn che phủ mặt đất. Các khu nuôi trồng thủy sản trải rộng là địa hình đặc trưng tại các khu vực bãi bồi ven biển Băc Bộ và Nam Bộ; Khu vực các bãi bồi ven biển Trung Bộ có địa hình dốc, bãi hẹp.

Đối với khu vực cửa sông, bãi bồi ven biển Băc Bộ và Nam Bộ, công nghệ chủ đạo là bay quét LiDAR kết hợp chụp ảnh kỹ thuật số và đo sâu. Khu vực ven biển miền trung công nghệ đo sâu đóng vai trò chủ đạo. Các công nghệ đo sâu bằng sào, đo GPS – RTK được áp dụng trong các trường hợp bù hở. Tận dụng tối đa điều kiện khí tượng, hai văn để tăng hiệu quả của công nghệ chủ đạo, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm.

Địa hình ven biển có độ dốc thấp, đối với công nghệ số, dữ liệu độ cao được sử dụng dưới dạng mô hình số địa hình được thiết lập từ đám mây điểm độ cao là phù hợp, thay vì biểu thị đường bình độ. Độ chính xác dữ liệu độ cao được xác định trực tiếp dựa trên kết quả đo kiểm tra thay vì tính theo giá trị khoảng cao đều cần biểu thị. Điều này hoàn toàn phù hợp với xu hướng thế giới và sự phát triển của các công nghệ đo đạc địa hình.

Dữ liệu độ cao được đồng bộ, tích hợp với các loại dữ liệu địa lý khác trong hệ thống cơ sở dữ liệu quốc gia, cho phép quản lý, chia sẻ cập nhật biến động kịp thời, đáp ứng các nhu cầu sử dụng khác nhau, hạn chế đầu tư chồng chéo, trùng lặp.

Tài liệu tham khảo

[1].Nguyễn Văn Cư, Bãi bồi cửa sông miền Bắc, Nxb. Viện Khoa học và Công nghệ, 2004.
[2].Trần Đình Gián, 1962, Địa mạo khu vực bắc Trung bộ và phương hướng sử dụng, Tập san “sinh vật và địa học”. Tập III, số 4, năm 1964, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Đich Dỹ, Doãn Đình Lâm, Vũ Văn Hà, Các cửa sông và vùng châu thổ sông Mê Kông, vị thế và dự báo xu thế phát triển, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Toàn quốc lần 1: Địa chất biển Việt Nam và phát triển bền vững, Hạ Long, 2008, Tr 284 – 287.
[4].Nguyễn Văn Cư, Phạm Huy Tiến, Sạt lở bờ biển miền Trung Việt Nam,Nxb Khoa học và Kỹ thuật, 2003.
[5]. Nguyễn Mạnh Hùng (chủ biên), Biến động bờ biển và cửa sông Việt nam, Nxb Khoa học tự nhiên và Công nghệ, 2010.
[6]. TS.Trần Đình Luật cùng các tác giả, Khả năng ứng dụng công nghệ LiDAR xây dựng mô hình số địa hình vùng bãi bồi cửa sông ven biển trong điều kiện Viêt Nam – Báo Tài nguyên và Môi trường 5/2015.
[7]. Bảng thuỷ triều các năm 2010,2011,2012,2013,2014,2015,2016. Trung tâm Hải Văn - Tổng cục Biển và Hải đảo Việt nam.

TECHNOLOGY SOLUTION ALLOWS TO WILL ESTABLISH THE TOPOGRAPHY DATABASE FOR THE TIDAL COASTAL AREA OF VIETNAM
MsC. Nguyễn Thị Kim Dung, Eng. Dương Hồng Yên, BsC. Nguyễn Thị Thanh Huệ Anh
Vietnam Natural Resources and Environment Corporation

ABSTRACT

Vietnam has a very long coastline with many resources but it is frequently affected by natural factors and human activities. It alsomakes the management of natural resources, economic development planning social and defence security a lot of tasks. In particular, data information serving the survey, basic investigation increasingly demanding accuracy, timely. Currently geographical database scaled of 1:10,000, 1:2,000, 1:5,000 has covered the mainland, whereas topographic survey tasks of coastal strip in recent years are still experiencing difficulties due to the complexity of geography - natural conditions. In this paper present the results of research technology solutions topographic surveying for the development of geo-database for the tidal coastal area of Vietnam.

Địa chỉ liên lạc:

Tên: Nguyễn Thị Kim Dung - Số điện thoai: 0982560819 - Email: nkdung.ktcn@gmail.com;
Tên: Dương Hồng Yên - Số điện thoai: 0979899466 - Email: hongyen1505@gmail.com;
Tên: Nguyễn Thị Thanh Huệ Anh - Số điện thoai: 0962204128 - Email: hueanhapt@gmail.com;

Theo Tổng công ty TN&MT VN tổng hợp