Norbert Haala, Michael Kolle, Dominik

Nhóm Kỹ thuật Công nghệ Công ty TNHH ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn.

Những năm gần đây, trong lĩnh vực đo đạc bản đồ và thu thập số liệu địa không gian trên thế giới có sự đóng góp rất lớn của thiết bị bay không người lái UAV (Unmanned Aerial Vehicle) hay còn được biết đến với tên gọi đơn giản hơn “Drone”. UAV không chỉ mang máy chụp ảnh ở các dạng (ảnh màu, đa phổ, siêu phổ, …), độ phân giải (24 MP, 42 MP, 46 MP, … mà còn mang theo cả các loại máy quét laser 3D (LiDAR) và ở thời điểm hiện tại với khả năng mang tải nặng hơn, thời gian bay lâu hơn, các loại UAV còn có khả năng mang hệ thống cảm biến tích hợp (Hybrid System) gồm cả máy chụp ảnh độ phân giải cao và LiDAR kích thước lớn.

Sự kết hợp hoàn chỉnh giữa UAV, máy chụp ảnh và LiDAR mang lại giá trị to lớn trong thực tiễn bởi khả năng tổng hợp các khối số liệu đám mây điểm có độ chính xác rất cao, độ phân giải trung thực tới một vài millimet, phủ trùm trên một khu vực có diện tích lớn, mà tới thời điểm hiện tại vẫn là một trong những hạn chế cơ bản nhất đối với kỹ thuật quét laser 3D mặt đất (kể cả cố định và di động). Trong khuôn khổ các Bản tin Công nghệ tiếp theo, chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một dự án sử dụng tích hợp hai kỹ thuật gồm bay chụp xử lý và bình sai khối ảnh sử dụng tham chiếu địa lý trực tiếp là các đám mây điểm thu được từ máy quét LiDAR nhằm đạt được mục tiêu tối ưu hoá độ chính xác và khả năng thể hiện chi tiết các đối tượng bề mặt. Ngoài ra lợi ích của việc xử lý tích hợp số liệu này còn mang lại cho các phép đo khoảng cách sử dụng kỹ thuật LiDAR khả năng quan sát lập thể đa hướng VMS (Multi View Stereo) khi kết hợp với ảnh chụp trong quá trình tổng hợp đám mây điểm mật độ cao 3D từ ảnh.

Hình 1: Khu vực triển khai dự án tại khúc sông Neckar, Hessigheim, Đức

Dự án được thực hiện với mục tiêu hỗ trợ công tác quan trắc thường xuyên tại một khu vực có nguy cơ sụt lún tiềm tàng ở mức 10 mm/năm dựa trên quá trình thu lặp lại số liệu đám mây điểm có độ chính xác và mật độ cao nhất. Kích thước của khu đo nằm trong dự án tại Hessigheim, Đức cũng được cân nhắc một cách hợp lý và đủ rộng để không cần triển khai thu thập số liệu bằng kỹ thuật quét laser 3D mặt đất. Như chúng ta thấy trong Hình 1, khu vực triển khai dự án được cấu thành bởi các hợp phần gồm các khu vực nhà dân, khu vực canh tác nông nghiệp, hệ thống thuỷ văn và đường dẫn âu thuyền được coi là cấu trúc cần quan tâm đặc biệt của dự án.

Trước đây khu vực này được quan trắc biến dạng (sụt lún) bằng phương pháp truyền thống, vì thế quanh khu vực âu thuyền trên sông người ta đã cho xây dựng một số cột mốc như trong Hình 2. Khi triển khai thu thập số liệu sử dụng kỹ thuật đo vẽ ảnh hàng không tích hợp LiDAR, nhóm các tác giả cũng lựa chọn sử dụng chính xác cột mốc dựng sẵn này làm điểm khống chế ảnh để gắn kết tham chiếu địa lý chính xác trong quá trình tạo và bình sai khối ảnh. Đối với thiết bị bay không người lái, dự án quyết định sử dụng hệ thống bay mười động cơ cánh quạt (Octocopter) RIEGL RiCopter được trang bị sẵn hệ thống máy quét laser 3D LiDAR RIEGL sử dụng cảm biến VUX-1LR và hai máy ảnh đặt chéo góc (Oblique Cameras) Sony Alpha 6000. Với độ cao bay danh định 50 mét trên bề mặt khu vực, dải bay có khả năng phủ trùm 35 mét chiều ngang và trường quan sát của máy quét laser FoV (Field of View) khoảng 70⁰, cảm biến VUX-1LR có khả năng thu nhận từ 300 – 400 điểm đo trên mỗi mét vuông bề mặt trên mỗi tuyến bay đơn và mật độ điểm sẽ tăng lên gấp đôi để đạt khoảng 800 điểm đo trên mỗi mét vuông khi ghép toàn bộ khối số liệu lại bởi mỗi đường bay có độ phủ ngang ở mức 50%. Các tham số bay có khả năng xác định được đường kính các điểm chiếu laser khi tới mặt đất đều dưới 3cm với khoảng cách giữa các điểm liền kề nhau đạt 5cm. Chỉ số nhiễu khoảng cách (Ranging Noise) của cảm biến laser VUX-1LR đạt mức 5mm. Đồ hình và đường bay của UAV RiCopter được xác định và ghi nhận lại bởi hệ thống định hướng trong GNSS/IMU Applanix APX-20 UAV cho phép hệ thống có khả năng tham chiếu địa lý trực tiếp. Hai máy chụp ảnh đặt chéo góc tạo ảnh lập thể Sony Alpha 6000 được gắn trực tiếp trên khu sườn của thiết bị bay UAV RiCopter với trường quan sát FoV của mỗi máy đạt 74⁰. Bằng cách lắp đặt máy chụp ảnh ở hai bên với góc nghiêng +/- 35⁰, các máy chụp ảnh Sony Alpha 6000 có khả năng cung cấp các bức ảnh chụp đạt độ phân giải lấy mẫu mặt đất GSD (Ground Sampling Distance) nằm trong khoảng 1.5 – 3cm ở độ phân giải 24MP.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn