ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------Trương Xuân Quyền

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG DỮ LIỆU LIDAR PHỤC VỤ CÔNG TÁC
QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI KHU VỰC ĐÔ THỊ THUỘC THÀNH PHỐ HÀ
NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội –2014

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trương Xuân Quyền

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG DỮ LIỆU LIDAR PHỤC VỤ CÔNG TÁC
QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI KHU VỰC ĐÔ THỊ THUỘC THÀNH PHỐ HÀ
NỘI
Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và Hệ thông tin địa lý
Mã số:60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Trần Anh Tuấn


1.2 Cơ sở lý thuyết công nghệ Lidar ............................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1 Cấu trúc hệ thống Lidar ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của Lidar ......................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Cơ sở toán học xác định tọa độ của điểm Lidar Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Độ chính xác xác định vị trí điểm Lidar ........... Error! Bookmark not defined.
1.2.5 Nguồn sai số do mô hình toán học xây dựng DEM.......... Error! Bookmark not
defined.
1.2.6 Nguồn sai số do mật độ điểm quét laser ............ Error! Bookmark not defined.
1.2.7 Nguồn sai số do mức độ phức tạp của địa hình . Error! Bookmark not defined.
1.3 Khả năng ứng dụng của công nghệ tích hợp LiDAR và máy ảnh số trong lĩnh vực
trắc địa bản đồ ................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.3.1 Sự phụ thuộc của cƣờng độ phản hồi của tín hiệu Lidar vào lớp phủ mặt đất
.................................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2 Khả năng ứng dụng ảnh cƣờng độ phản hồi Lidar trong phân loại lớp phủ bề
mặt .............................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.3.3 Khả năng ứng dụng của công nghệ tích hợp LiDAR và máy ảnh số trong lĩnh
vực trắc địa bản đồ...................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4 Lịch sử ứng dụng Lidar trên thế giới và Việt nam .... Error! Bookmark not defined.
1.5 Các phƣơng pháp nghiên cứu thành lập bản đồ 3D .. Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 3D TỪ DỮ LIỆU
LIDAR ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.1

Dữ liệu sử dụng ..................................................... Error! Bookmark not defined.

2.1 Phƣơng pháp triết xuất thông tin lớp phủ bề mặt từ dữ liệu Lidar .................Error!
Bookmark not defined.

4



5


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình DSM và DTM ........................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.2 Cơ chế phát xung laser trong hệ thống quét Lidar Error! Bookmark not defined.
Hình 1.3 Mô hình hệ thống bay chụp Lidar ......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.4 Dữ liệu Lidar trong một dải quét .......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.5 Mức độ đâm xuyên và phản hồi của laser khi gặp các đối tƣợng ..................Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.6: Đám mây điểm Lidar (a) Đám mây điểm của phản hồi đầu (b) Đám mây điểm
của phản hồi cuối ................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.7 Cơ sở toán học xác định tọa độ điểm Lidar .......... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.8 Vị trí hệ thống GPS, IMU, SBF (sensor) trên máy bay ....... Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.9 Toạ độ điểm quét P và anten GPS trong mối quan hệ giữa các hệ toạ độ SBF,
IBF, ECEF (A,B). ................................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.10: Chùm tia Laser và các xung phản hồi ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.11 Mô hình số địa hình DEM/DTM ........................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.12 Hiển thị dữ liệu theo tầng độ cao ........................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.13 Mô hình số bề mặt DSM_FE và DSM_LE ......... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.14 Nắn ảnh từ phép chiếu xuyên tâm về thẳng đứng .............. Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.15 Xây dựng mô hình 3D (Sông Nhuệ – Hà Đông) Error! Bookmark not defined.
Hình 1.16: Mô hình 3D khu vực đô thị từ dữ liệu Lidar ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.17: Mô hình 3D đƣợc xây dựng từ dữ liệu đo trực tiếp tại thực địa .................Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.18: Bản đồ 3D thành lập từ phƣơng pháp ảnh hàng không .... Error! Bookmark not
defined.



Hình 3.2 DSM tại khu vực nghiên cứu đƣợc nội suy từ đám mấy điểm Lidar .............Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.3 DTM sau khi đƣợc bóc các đối tƣợng trên bề mặt. ............. Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.4 Ảnh trực giao khu vực Thị trấn Kim lâm ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5 Ảnh vệ tinh thị trấn Kim Bài ................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6 Triết tách đối tƣợng nhà từ DSM và DTM ........... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7 Triết tách đối tƣợng cây độc lập và tập hợp khu vực có câyError! Bookmark not
defined.
Hình 3.8 Đối tƣợng nhà đƣợc chồng lên nền ảnh với basehight là DTM . Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.9 Các khối nhà đƣợc thể hiện chi tiết bằng Sketchup ............ Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.10 Mô hình nhà trên nền ảnh vệ tinh ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11 Đối tƣợng cây độc lập ở tỷ lệ lớn thể hiện trên nền ảnh .... Error! Bookmark not
defined.

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
2D: Two dimensions: Hai chiều.
3D: Three dimension: Ba chiều.
DEM: Digital Elevation Model: mô hình số độ cao.
DSM: Digital Surface Model: mô hình số bề mặt.
DSMFE: Digital surface model first echo: mô hình bề mặt ở lần phản xạ đầu tiên.
DSMLE: Digital surface model last echo: mô hình bề mặt ở lần phản xạ cuối.
DSMRGBI: mô hình bề mặt với 4 kênh phổ đỏ, lục, lam và cận hồng ngoại.
DTM: Digital terrain model: mô hình số địa hình.
GPS: Global Positioning System: Hệ thống định vị toàn cầu.
GRID: Cấu trúc lƣơi đều của mô hình số độ cao.

việc thành lập mô hình số địa hình, mô hình số bề mặt phục vụ công tác lập bản đồ
địa hình, bản đồ không gian ba chiều (bản đồ 3D) và phục vụ cho xây dựng cơ sở
dữ liệu nền thông tin địa lý. Nó cho phép đẩy nhanh tiến độ thi công một cách đáng
kể, giảm chi phí thi công và đạt độ chính xác cao.
Bản đồ không gian ba chiều có rất nhiều ƣu điểm so với bản đồ hai chiều (bản
đồ 2D), nó bao gồm nền mô hình số địa hình, các đối tƣợng địa hình và địa vật dạng
vector đƣợc gắn kết với các thuộc tính và đƣợc hiển thị trong không gian ba

8


chiều.Bản đồ 3D có thể đƣợc thành lập từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau có khả
năng mô phỏng cấu trúc cảnh quan đô thị phục vụ quy hoạch, xây dựng phát triển
đô thị, phục vụ giáo dục, quốc phòng, du lịch… Để có đƣợc độ chính xác cao cho
các vị trí điểm trên bản đồ thì hiện nay nguồn dữ liệu thu nhận từ công tác bay quét
Lidar đang thể hiện là tối ƣu nhất.
Ở Việt Nam, việc thành lập bản đồ địa hình 3D chủ yếu sử dụng ảnh máy
bay nhƣ đề tài của viện nghiên cứu địa chính (2004) “Nghiên cứu và thử nghiệm
thành lập bản đồ địa hình 3D” còn LIDAR còn mới chủ yếu đƣợc sử dụng để thành
lập DEM/ DTM. Trong khi trên thế giới, có nhiều nghiên cứu, ứng dụng LIDAR
vào trong việc thành lập bản đồ địa hình 3D nhƣ “Building Extract - Lidar R&D
Program for NASA/ICREST Studies Project” (09/16/01) của NASA/ ICREST (tách
nhà- chƣơng trình LIDAR R&D cho đề tài nghiên cứu NASA/ICREST); hay ở
Trung Quốc cũng có đề tài nghiên cứu của (H.Lin 2008): “Fast reconstruction of
three dimensional city model bases on airborn Lidar” ( Thiết lập nhanh mô hình
thành phố 3D dựa vào LIDAR) ứng dụng cho khu vực thành phố Thƣợng Hải,
Trung Quốc.
Với những ƣu thế và hiệu quả của việc xây dựng bản đồ không gian ba chiều
và các nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt là tốc độ phát triển đô thị ở Việt
Nam đang rất nhanh thì việc ứng dụng công nghệ Lidar để xây dựng bản đồ không

56/G3
5. Phương pháp nghiên cứu
Đê giải quyết các nhiệm vụ đề ra, đề tài đã thực hiện các phƣơng pháp
nghiên cứu chính sau đây:
- Phƣơng pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết, tài liệu: Tổng hợp các công
trình đã đƣợc công bố trên các thế giới và ở Việt Nam để nắm đƣợc tình hình
nghiên cứu, phân tích lý thuyết, tài liệu các cơ sở lý luận về bản đồ, bản đồ 3D và
công nghệ LIDAR.
- Phƣơng pháp bản đồ: đây là một trong các phƣơng pháp chính do mục tiêu
của đề tài là thành lập bản đồ 3D từ dữ liệu LIDAR cho khu vực thực nghiệm.
- Phƣơng pháp khảo sát và đo đạc ngoài thực địa: Để có thể thực hiện đƣợc
nhiệm vụ đánh giá đƣợc độ chính xác của kết quả, phƣơng pháp này là cần thiết.

10


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Anh
1. Armand, K. (1991). "Guarding the water environment with GIS. London: Taylor
and Francis."
2. Armin Gruen, S. K., L.Zang and D.Poli (2006). "3D City Modeling from Highresolution Satellite Images." International Archives of Photogrammetry, Remote
Sensing and Spatial Information Sciences, Vol 36, Part 1/W41.
3. Barretta, E. C., & Curtis, L. F. (1992). "Introduction to Environmental Remote
Sensing. 3rd Edition. London: Chapman & Hall."
4. ESRI (2013). ArcGIS for 3D cities: Introduction.
5. G. Prisestnall, J. J., and A. Duncan (2007). "Extraction of Urban Features from
Lidar Digital Surface Models." Computers, Environment $ Urban Systems, Vol.
24, pp.65-78.
6. H.Lin, H. T. J., L.P. Zhang (2008). "Fast reconstruction of three dimensional city
model bases on airborn Lidar." The International Archives of the