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

ĐỖ TRỌNG TUẤN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG ẢNH HÀNG KHÔNG
CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV)
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH
(Thử nghiệm tại xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015
 
 


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

ĐỖ TRỌNG TUẤN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG ẢNH HÀNG KHÔNG
CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV)
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH
(Thử nghiệm tại xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội)

Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 60850103

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả
các thầy cô giáo trong khoa Địa lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQGHN, đến các anh chị, bạn bè đã luôn chỉ bảo, hướng dẫn và động viên tận
tình trong suốt thời gian làm luận văn.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn, lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trần Quốc
Bình đã chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn
thành đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể cán bộ Phân
xưởng Bay chụp Xử lý ảnh thuộc Xí nghiệp Chụp ảnh Hàng không (Công ty TNHH
MTV Trắc địa Bản đồ) và Ủy ban Nhân dân xã Vật Lại, huyện Ba Vì, thành phố Hà
Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận
văn.
 

Tôi xin chân thành cảm ơn!

 
 


 

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH BẰNG MÁY
BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI .......................................................................................4
1.1. Khái quát về công tác bay chụp ảnh hàng không .................................................4
1.1.1. Khái niệm về công tác bay chụp ảnh hàng không .................................................... 4


 

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BAY CHỤP
ẢNH BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
ĐỊA CHÍNH ............................................................................................................. 47
3.1. Phân tích kết quả thử nghiệm so với các quy định hiện hành về bản đồ địa chính..... 47
3.1.1. Tổng hợp các quy định đối với bản đồ địa chính ................................................... 47
3.1.2. Đánh giá kết quả bản đồ đạt được .......................................................................... 49

3.2. Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không
người lái trong đo vẽ bản đồ địa chính..................................................................... 57
3.2.1. Về khả năng triển khai và độ chính xác ................................................................. 57
3.2.2. Về hiệu quả kinh tế ................................................................................................ 57
3.2.3. Những thuận lợi và khó khăn khi áp dụng ảnh chụp bằng máy bay không người lái
vào thành lập bản đồ địa chính ......................................................................................... 58

3.3. Một số kiến nghị về ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không
người lái trong thu thập dữ liệu không gian về đất đai ở Việt Nam ........................ 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................. 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 64
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 66
 

 

 
 



Hình 2.3. Những nguy cơ mất an toàn khi cất cánh và hạ cánh............................... 34

 
 


 

Hình 2.4. Hướng thiết kế tuyến bay ......................................................................... 34
Hình 2.5. Thiết kế tuyến bay tự động khu chụp xã Vật Lại trên Aerial Imaging .... 35
Hình 2.6. Bệ phóng máy bay.................................................................................... 36
Hình 2.7. Vị trí các điểm khống chế ảnh thực tế...................................................... 38
Hình 2.8. Sơ đồ các tuyến bay được lựa chọn ......................................................... 40
Hình 2.9. Kết quả tính toán tăng dày khống chế ...................................................... 41
Hình 2.10. Tạo đám mây điểm độ cao của khu đo................................................... 42
Hình 2.11. Mô hình số độ cao dạng TIN của khu đo ............................................... 43
Hình 2.12. Ảnh trực giao khu vực xã Vật Lại .......................................................... 44
Hình 2.13. Giải đoán đối tượng ranh giới thửa ........................................................ 45
Hình 3.1. Tương quan giữa bản đồ giải thửa và bản đồ vẽ nền ảnh ........................ 50
Hình 3.2. Quá trình số hóa ảnh bản đồ giải thửa đã nắn .......................................... 52
Hình 3.3. Quá trình nắn, tạo ảnh trực giao ............................................................... 53
Hình 3.4. Tương quan giữa các đỉnh thửa đo bằng GPS và bản đồ vẽ nền ảnh ...... 54

 

 
 


 


UAV (Unmanned Aerial Vehicle)

Máy bay không người lái

 

 
 


 

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn
Công nghệ Viễn thám và Ảnh số trên thế giới đã và đang phát triển rất đa
dạng, với nhiều thiết bị thu nhận các hình ảnh có độ phân giải mặt đất rất cao, có thể
được thu nhận từ cự ly rất gần vài chục mét cho đến khoảng cách rất xa hàng trăm
kilômét. Dựa trên công nghệ khác nhau mà hiện nay người ta chia ra các loại hình
thu nhận hình ảnh mặt đất như: chụp ảnh vệ tinh, chụp ảnh hàng không bằng máy
bay có người lái, bằng máy bay không người lái (UAV) và công nghệ quét LiDAR.
Trong các loại hình công nghệ nêu trên thì có loại đã được phát triển và ứng
dụng từ lâu, cũng có loại mới được ứng dụng rộng rãi gần đây. Tuy nhiên, mỗi công
nghệ đều có những ưu điểm và nhược điểm, áp dụng sao cho phù hợp vào tùy từng
lĩnh vực, từng ngành khác nhau. Một trong những lĩnh vực rất quan trọng mang tầm
quốc gia đó là quản lý đất đai. Việc sử dụng tài nguyên đất đai là nhiệm vụ quan
trọng, được đưa lên hàng đầu không chỉ tại Việt Nam mà còn ở tất cả các quốc gia
trên thế giới nhằm phát triển một cách bền vững. Một công việc không thể thiếu để
quản lý chặt chẽ và hiệu quả nguồn tài nguyên đất đai là đo vẽ bản đồ địa chính,

Để đạt được mục tiêu đề ra, nhiệm vụ nghiên cứu cần thực hiện bao gồm:
- Tổng hợp và nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của hệ thống bay chụp ảnh
không người lái Trimble UX5.
- Thử nghiệm thành lập bản đồ địa chính ở xã Vật Lại, huyện Ba Vì, TP. Hà Nội.
- Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không
người lái trong đo đạc địa chính.
4. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi không gian nghiên cứu: Đề tài được thực hiện trên địa bàn xã Vật
Lại, huyện Ba Vì, TP. Hà Nội.
Phạm vi khoa học: Đề tài giới hạn nghiên cứu ở vấn đề ứng dụng công nghệ
bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái trong đo đạc địa chính ở Việt Nam.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu: thu thập phân tích các tài liệu kĩ
thuật về hệ thống Trimble UX5 và hiện trạng địa bàn thử nghiệm.

2 
 


 

Phương pháp đo ảnh số: xử lý ảnh, nắn ảnh và tạo bình đồ ảnh trực giao.
Phương pháp trắc địa vệ tinh: đo điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp.
Phương pháp đoán đọc và điều vẽ ảnh: được sử dụng để giải đoán và điều vẽ
ranh giới thửa đất trên nền bình đồ ảnh tạo được.
6. Kết quả đạt được
Đưa ra được những đánh giá về khả năng ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh
bằng máy bay không người lái trong thành lập bản đồ địa chính.
7. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung chính của luận văn gồm

thực hiện trong điều kiện thời tiết tốt, trời trong ít mây bởi vì các đám mây sẽ che
khuất các chi tiết địa hình, địa vật của bề mặt thực địa trên ảnh chụp được.
Dựa theo giá trị sử dụng của ảnh chụp và phương thức chụp, người ta chia
ra các hình thức chụp ảnh sau [5]:
- Chụp ảnh đơn: Là chụp ảnh từng vùng nhỏ của khu đo theo từng tấm ảnh
riêng biệt. Các tấm ảnh chụp kề nhau không có liên kết hình học với nhau. Chụp
ảnh đơn được dùng cho điều tra khảo sát, do thám quân sự,... trên những vùng
tương đối nhỏ, hoặc để chụp ảnh bổ sung các khu vực chụp sót, chụp thiếu.

4 
 


 

- Chụp ảnh theo tuyến: Là chụp theo một tuyến đã bố trí sẵn. Giữa các tấm
ảnh kề nhau trên một tuyến có độ phủ lên nhau và được gọi là độ phủ dọc, kí hiệu là
p, đơn vị tính là % của kích thước tấm ảnh:

p
Trong đó:

lx
100%
l

(1.1)

l - kích thước của tấm ảnh;
lx - kích thước của phần phủ theo hướng dải bay.


(1.2)

l - kích thước tấm ảnh;
ly - kích thước phần phủ của hai ảnh trên 2 dải bay kề.

Thường người ta quy định độ phủ dọc là 60% và độ phủ ngang khoảng 30%.
Trong trường hợp cụ thể tùy theo loại địa hình, tùy theo yêu cầu sử dụng ảnh,
các độ phủ này có thể thay đổi, nhưng không nhỏ hơn các giá trị trên.
Dựa theo tỷ lệ trung bình của ảnh chụp, người ta chia ra như sau: Chụp ảnh
tỷ lệ lớn, tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ.
Khi chụp thẳng, tỷ lệ ảnh hàng không là hàm số của độ cao bay chụp Hbc,
tiêu cự kính vật máy ảnh fk, còn khi chụp nghiêng ngoài Hbc và f k ra tỷ lệ ảnh còn
phụ thuộc vào góc nghiêng  của trục quang máy chụp ảnh khi lộ quang so với
đường dây dọi và tung độ y của điểm ảnh trên ảnh. Vì vậy:
l
 F ( H , f , 0 , y)
m

(1.3)

Thông thường, tỷ lệ ảnh được phân thành 3 loại sau:
- Chụp ảnh tỷ lệ lớn khi tỷ lệ trung bình của ảnh chụp lớn hơn 1:10.000.

6 
 


 


1
(100  q%)l.ma
100

(1.6)

Trong các công thức trên: l là kích thước của ảnh, p và q là độ phủ dọc và độ
phủ ngang của ảnh. Độ phủ dọc p tối thiểu là 60%, độ phủ ngang q khoảng 20-30%
để đảm bảo khả năng quan sát lập thể và liên kết toàn khối ảnh.
+ Tính tổng số ảnh cần chụp N:

7 
 


 

Số ảnh cần chụp trong khu đo là tổng số ảnh cần chụp trong từng dải bay
được tính như sau:
n

N   Nk

(1.7)

k 1

Trong đó: N k  Int

Lxk



 

thể hiện phương pháp bay lượn trên bản đồ bay chụp.
Khi ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS trong dẫn đường bay thì công
tác bay có thể hoàn toàn được thực hiện một cách tự động.
Khi bay chụp bằng thiết bị bay không người lái thì phạm vi khu đo thường
nhỏ, do vậy trước bay chụp cần phải thu thập các nguồn tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn
1:5.000 hoặc các bản đồ có tỷ lệ trung bình 1:10.000 phục vụ cho việc thiết kế tuyến
bay. Hiện nay, đa số các thiết bị bay không người lái phục vụ bay chụp ảnh đều
được trang bị phần mềm thiết kế tuyến bay và cho phép sử dụng dữ liệu ảnh từ
Google Earth [7].
1.1.3. Khái niệm ảnh số và đặc điểm của ảnh hàng không kỹ thuật số
a. Khái niệm
Ảnh số là một mảng hai chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thước được
gọi là điểm ảnh (pixel) [1]. Mỗi một pixel được xác định bằng: tọa độ hàng, tọa độ
cột và độ xám. Độ xám của mỗi pixel được mã hóa theo đơn vị thông tin là bit.
Thường thì pixel của ảnh toàn sắc được mã hóa theo 8 bit tức là 28 = 256 bậc độ
xám. Với ảnh màu được tổ hợp từ ba kênh: R, G, B với mỗi kênh được mã hóa theo
độ xám khác nhau. Mỗi kênh có tối đa 256 bậc độ xám thì ảnh màu sẽ có tối đa 2563
= 16777216 màu, đồng nghĩa với việc để mã hóa một pixel trong ảnh màu cần đến
3×8 = 24 bit lưu trữ.
Mỗi điểm ảnh tương ứng với một pixel được mô tả bằng hàm số: F(x,y,D)
với các biến là tọa độ điểm ảnh (x,y) và giá trị độ xám của nó (D).
Với giá trị hàm được giới hạn trong phạm vi các số nguyên dương và có thể
viết là: 0 < F < Fmax, trong đó Fmax là lượng thông tin tối đa được lưu trữ (Fmax = 256
với ảnh 8 bit).
Nếu mô tả một ảnh màu thì mỗi thành phần màu cơ bản (màu đỏ-R, màu lụcG, màu lam-B) của ảnh sẽ được biểu diễn bằng các hàm số ảnh thành phần, tức là:


d00

... d0i

...

... ...

... d0,n-1
...

...

D = dj0

... dji

... dj,n-1

...

... ...

...

(1.10)

...

dm-1,0 ... dm-1,i ... dm-1,n-1

tỷ lệ không đồng nhất.
- Gốc tọa độ ảnh: Mỗi pixel được xác định bằng tọa độ hàng và cột, hệ tọa độ
ảnh thường có điểm 0 ở góc trên bên trái và tăng dần từ trái sang phải đối với chỉ số
cột và từ trên xuống đối với chỉ số hàng.
- Số kênh phổ: thông thường đối với máy chụp ảnh phổ thông, số kênh phổ
trên mỗi tấm ảnh là 3 kênh tương đương với các màu cơ bản Red, Green, Blue
(RGB). Với các máy ảnh kỹ thuật số tiên tiến hiện nay, một máy có chức năng chụp
với 5 kênh phổ gồm: ảnh Pan (toàn sắc), ảnh màu RGB, ảnh NIR (cận hồng ngoại).

11 
 


 

- Các nguyên tố định hướng trong của ảnh số được xác định bởi: tiêu cự của
máy ảnh, gốc tọa độ, số hàng và số cột, độ phân giải của ảnh.
1.2. Công nghệ bay chụp ảnh hàng không bằng máy bay không người lái
1.2.1. Khái quát về máy bay không người lái
Có hai thuật ngữ để định nghĩa về máy bay không người lái, đó là:
- UAV (Unmanned Aerial Vehicle) là phương tiện bay không người lái.
Theo đúng nghĩa của nó thì hoàn toàn không có phi công lái mà nó được điều khiển
từ xa hoặc cũng có thể bay theo một lịch trình được thiết lập sẵn.
- UAS (Unmanned Aircraft System) là hệ thống máy bay không người lái,
định nghĩa này để nhấn mạnh các hệ thống không chỉ bao gồm máy bay mà còn bao
gồm cả trạm kiểm soát trên mặt đất và một số thiết bị/yếu tố khác kèm theo trên
máy bay [14].
Với hai khái niệm trên có thể thấy điểm khác nhau ở chỗ UAV chỉ đơn thuần
là một thiết bị bay có điều khiển từ xa, còn UAS là cả một hệ thống phức tạp kèm
theo cả trên thiết bị bay và cả trạm điều khiển trên mặt đất. Tuy nhiên, khi nhắc đến

13 
 


 

Falcon-PARS là một hệ thống chụp ảnh hàng không siêu nhỏ của Nhật được
chế tạo theo công nghệ của Đức bao gồm thiết bị bay UAV được lắp thêm máy
chụp ảnh phổ thông có gắn GPS và phần mềm chuyên dụng để xử lý hình ảnh chụp.
UAV này là một thiết bị nhỏ gọn và nhẹ, với 8 cánh quạt, có thể bay ở 2 chế độ có
người điều khiển và bay tự động, cho phép chụp ảnh treo tại một điểm, cất hạ cánh
thẳng đứng trong một không gian hẹp, di chuyển dễ dàng, rất hiệu quả cho khu vực
có bán kính khoảng 300m. Phần mềm xử lý ảnh số có thể tạo lập được các ảnh
ghép, ảnh trực giao bởi các tham số định hướng ngoài mà không cần các điểm
khống chế mặt đất. Phần mềm cũng có thể xử lý để tạo ra mô hình số bề mặt DSM
và sản phẩm bình đồ trực ảnh. Thiết bị UAV này cũng cho phép dễ dàng lắp nhiều
loại máy chụp ảnh số phổ thông khác nhau, thậm chí cả máy chụp ảnh cận hồng
ngoại [9].
3. Hệ thống máy ảnh RCD30 và UAV TC-1235 của Thụy Sĩ

Hình 1.4. Máy ảnh RCD30 và TC-1235 UAV
Hãng Leica Geosystems và Swissdrones đã phối hợp để sản xuất hệ thống
máy ảnh RCD30 kết hợp với hệ thống TC-1235 UAV dùng để chụp ảnh phục vụ
công tác thành lập bản đồ địa hình và bản đồ 3D cho các khu vực khai thác mỏ. Giải
pháp này cho phép có thể được vận hành một cách an toàn trong điều kiện môi

14