Nghiên cứu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 bằng ảnh UAV

Tìm hiểu cách thành lập bản đồ địa hình chính xác bằng công nghệ ảnh UAV. Quy trình hiện đại, ứng dụng hiệu quả trong nhiều lĩnh vực.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Tuấn
• Người hướng dẫn: Ths Đỗ Thị Hoài
• Trường học: Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
• Đề tài: Nghiên cứu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 bằng ảnh máy bay không người lái
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Cấu trúc của đồ án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về BĐĐH
• 1.2. Cơ sở toán học BĐĐH
• 1.3. Nội dung của BĐĐH
• 1.4. Các phương pháp thành lập BĐĐH
• 1.5. Các yêu cầu chung
• 1.6. Tổng quan về tình hình sử dụng ảnh máy bay không người lái
• 1.7. Tình hình sử dụng ảnh máy bay không người lái trên thế giới
• 1.8. Tình hình sử dụng ảnh máy bay không người lái tại Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC SỬ DỤNG ẢNH CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI PHỤC VỤ THÀNH LẬP BĐĐH
• 2.1. Định nghĩa và nền tảng đo vẽ ảnh
• 2.2. Định nghĩa đo vẽ ảnh
• 2.3. Nền tảng đo vẽ ảnh
• 2.4. Phân loại đo vẽ ảnh. Khái niệm chụp ảnh hàng không
• 2.5. Các dạng chụp ảnh hàng không
• 2.6. Chụp ảnh theo tuyến
• 2.7. Chụp ảnh theo khối
• 2.8. Chụp theo các loại tỷ lệ
• 2.9. Các thiết bị phục vụ chụp ảnh hàng không bằng máy bay không người lái (UAV)
• 2.10. Thiết bị dẫn đường GPS
• 2.11. Một số yêu cầu kỹ thuật của công tác chụp ảnh hàng không bằng máy bay không người lái (UAV)
• 2.12. Thiết bị bay
• 2.13. Hộp điều khiển từ xa
• 2.14. Chạm điều khiển mặt đất
• 2.15. Môi trường bay
• 2.16. Các nguồn sai số chính xác của BĐĐH bằng UAV
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BĐĐH BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI
• 3.1. Khái quát khu vực nghiên cứu
• 3.2. Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên
• 3.3. Đặc điểm dân cư, kinh tế xã hội
• 3.4. 000 từ ảnh máy bay không người lái. Thông số máy chụp ảnh, ảnh chụp và máy bay
• 3.5. Công tác thành lập BĐĐH 1:10000 từ ảnh máy bay không người lái
• 3.6. Kết quả khu vực thực nghiệm
• 3.7. Đánh giá ưu, nhược điểm thành lập BĐĐH 1:10.000 bằng ảnh UAV
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Cách mạng đo đạc Tổng quan công nghệ UAV địa hình

Trong bối cảnh công nghệ 4.0, việc thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh UAV (Unmanned Aerial Vehicle) đã mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành trắc địa - bản đồ. Công nghệ này sử dụng thiết bị bay không người lái, thường gọi là flycam, được trang bị máy ảnh độ phân giải cao và hệ thống định vị GPS/GNSS chính xác. So với các phương pháp truyền thống như đo đạc toàn đạc trực tiếp hay sử dụng ảnh vệ tinh, công nghệ bay chụp UAV mang lại hiệu suất vượt trội, tiết kiệm chi phí và thời gian đáng kể. Quy trình này cho phép thu thập dữ liệu dày đặc trên một khu vực rộng lớn chỉ trong một vài chuyến bay. Dữ liệu sau đó được xử lý bằng các phần mềm chuyên dụng để tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao. Theo nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Tuấn (2015), việc ứng dụng UAV giúp bổ sung nguồn tư liệu quan trọng, khắc phục những hạn chế của ảnh vệ tinh vốn bị ảnh hưởng bởi mây che phủ, đặc biệt ở vùng khí hậu nhiệt đới như Việt Nam. Công nghệ này không chỉ phục vụ cho việc tạo ra bản đồ địa hình tỷ lệ lớn mà còn cung cấp dữ liệu đầu vào quan trọng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, từ quy hoạch đô thị, quản lý tài nguyên, nông nghiệp chính xác đến giám sát thi công và tính toán khối lượng. Sự linh hoạt, chủ động và khả năng tiếp cận các khu vực khó khăn đã biến UAV thành một công cụ không thể thiếu trong ngành đo đạc hiện đại.

1.1. Khái niệm và vai trò của bản đồ địa hình BĐĐH

Bản đồ địa hình (BĐĐH) là sự biểu thị thu nhỏ bề mặt Trái Đất lên mặt phẳng theo một quy luật toán học nhất định, thể hiện các yếu tố tự nhiên và nhân tạo như dáng đất, thủy hệ, giao thông, dân cư và thực vật. Vai trò của BĐĐH vô cùng quan trọng, là nền tảng cho công tác quy hoạch, thiết kế kỹ thuật, xây dựng công trình, quản lý đất đai, quốc phòng và nghiên cứu khoa học. Một bản đồ địa hình chính xác cho phép xác định tọa độ, độ cao, độ dốc, diện tích và các đặc trưng định lượng khác của khu vực, giúp đưa ra các quyết định tối ưu. Việc thành lập BĐĐH đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về cơ sở toán học, độ chính xác và hệ thống ký hiệu quy ước.

1.2. Ưu điểm vượt trội của khảo sát địa hình bằng UAV

Phương pháp khảo sát địa hình bằng UAV sở hữu nhiều ưu điểm so với phương pháp truyền thống. Thứ nhất, hiệu quả về thời gian và chi phí là rất lớn; một khu vực rộng hàng trăm hecta có thể được khảo sát chỉ trong một ngày. Thứ hai, mức độ chi tiết và mật độ điểm đo cao hơn nhiều, tạo ra các mô hình 3D chân thực và ảnh trực giao Orthophoto có độ phân giải siêu cao. Thứ ba, công nghệ này đảm bảo an toàn lao động khi có thể tiếp cận các khu vực nguy hiểm như sườn núi dốc, bãi mỏ hoặc khu vực bị ô nhiễm. Cuối cùng, UAV cho phép thu thập dữ liệu một cách chủ động, không phụ thuộc vào lịch chụp của vệ tinh và ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết như mây thấp, giúp đẩy nhanh tiến độ các dự án.

II. Thách thức và các sai số khi thành lập bản đồ bằng UAV

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm, quy trình thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh UAV cũng đối mặt với những thách thức và nguồn sai số cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo độ chính xác. Theo tài liệu nghiên cứu, các nguồn sai số chính xuất phát từ thiết bị, môi trường và quá trình xử lý. Chất lượng của máy ảnh, đặc biệt là sai số méo hình của kính vật, là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến vị trí điểm ảnh. Bên cạnh đó, các yếu tố như độ cong của Trái Đất, chiết quang khí quyển cũng gây ra những biến dạng nhất định trên ảnh, đặc biệt khi bay ở độ cao lớn. Sai số trong quá trình xử lý ảnh UAV cũng là một vấn đề đáng quan tâm. Việc định hướng mô hình, xác định tọa độ các điểm khống chế mặt đất (GCP) và thuật toán khớp ảnh trong quá trình tạo mô hình số độ cao (DEM) đều có thể tích lũy sai số. Nếu không được hiệu chỉnh và bình sai đúng cách, các sai số này sẽ làm giảm độ chính xác của sản phẩm cuối cùng như bình đồ hiện trạng hay các kết quả tính toán. Do đó, việc hiểu rõ và áp dụng các phương pháp hiệu chỉnh, kiểm tra chất lượng là yêu cầu bắt buộc trong mọi dự án đo vẽ bằng UAV.

2.1. Phân tích các nguồn sai số hệ thống trong ảnh hàng không

Sai số hệ thống trong ảnh hàng không UAV bao gồm nhiều thành phần. Sai số méo hình kính vật làm thay đổi vị trí điểm ảnh so với vị trí lý thuyết. Sai số do độ cong Trái Đất gây ra sự xê dịch vị trí điểm ảnh theo bán kính, đặc biệt rõ rệt ở rìa ảnh. Sai số chiết quang khí quyển làm tia sáng bị bẻ cong khi đi qua các lớp không khí có chiết suất khác nhau. Ngoài ra, sự biến dạng của vật liệu ảnh (nếu sử dụng máy ảnh phim) hoặc sai số của cảm biến CCD/CMOS cũng góp phần vào sai số tổng thể. Việc mô hình hóa và loại bỏ các sai số hệ thống này là bước quan trọng trong giai đoạn bình sai ảnh hàng không.

2.2. Ảnh hưởng của sai số chênh cao và méo hình kính vật

Sai số chênh cao địa hình là sự xê dịch vị trí của các đối tượng trên ảnh do chúng có độ cao khác nhau so với mặt phẳng tham chiếu. Đây là bản chất của phép chiếu xuyên tâm và là cơ sở để đo vẽ lập thể, nhưng nếu không được xử lý đúng sẽ gây ra biến dạng trên ảnh trực giao Orthophoto. Trong khi đó, sai số méo hình kính vật, như đã đề cập trong nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Tuấn, ảnh hưởng trực tiếp đến các yếu tố định hướng tương đối của mô hình. Cụ thể, nó gây ra sai số cho các góc quay, dẫn đến mô hình lập thể bị biến dạng. Để khắc phục, cần phải hiệu chỉnh (calibration) máy ảnh để xác định các tham số méo hình và áp dụng chúng trong quá trình xử lý.

III. Hướng dẫn quy trình bay chụp và thu thập dữ liệu UAV

Một quy trình thu thập dữ liệu chuẩn là nền tảng để thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh UAV đạt độ chính xác cao. Quy trình này bắt đầu bằng việc lập kế hoạch bay. Người vận hành phải xác định ranh giới khu vực khảo sát, thiết lập độ cao bay, độ phủ ngang và độ phủ dọc của ảnh (thường là 70-80%). Độ cao bay sẽ quyết định Độ phân giải Mặt đất (GSD), trong khi độ phủ đảm bảo sự liên kết chặt chẽ giữa các tấm ảnh. Bước tiếp theo là triển khai các điểm khống chế mặt đất (GCP). Đây là các điểm có tọa độ và độ cao được đo đạc chính xác bằng máy GPS RTK hoặc toàn đạc điện tử, đóng vai trò tham chiếu để định vị và bình sai toàn bộ khối ảnh. Việc bố trí GCP phải đồng đều trên toàn khu vực. Sau khi chuẩn bị, thiết bị UAV sẽ cất cánh và thực hiện chuyến bay tự động theo kế hoạch đã lập. Trong quá trình bay, việc giám sát các thông số như tình trạng pin, tín hiệu GPS, điều kiện thời tiết là vô cùng quan trọng. Hiện nay, công nghệ RTK/PPK tích hợp trực tiếp trên UAV đang ngày càng phổ biến, giúp giảm đáng kể số lượng GCP cần thiết mà vẫn đảm bảo độ chính xác tọa độ tâm ảnh ở mức centimet, tối ưu hóa hiệu quả công tác ngoại nghiệp.

3.1. Thiết lập chuyến bay và các yêu cầu kỹ thuật cho UAV

Việc thiết lập kế hoạch bay được thực hiện trên các phần mềm chuyên dụng như DJI Pilot, Pix4Dcapture. Các thông số quan trọng cần cài đặt bao gồm: độ cao bay (ảnh hưởng GSD), tốc độ bay, độ phủ ngang (overlap) và độ phủ dọc (sidelap). Theo quy phạm, độ phủ tối thiểu thường là 60% theo cả hai chiều, nhưng để có kết quả tốt nhất, nên đặt từ 75% trở lên. Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị bay bao gồm sự ổn định, khả năng kháng gió tốt, thời lượng pin đủ dài và hệ thống định vị GPS/GNSS tin cậy. Máy ảnh cần có độ phân giải cao, cảm biến lớn và ống kính có độ méo hình thấp.

3.2. Tầm quan trọng của điểm khống chế mặt đất GCP

Điểm khống chế mặt đất (GCP - Ground Control Point) là các điểm mốc được đánh dấu rõ ràng trên thực địa và có tọa độ (X, Y, Z) đã biết với độ chính xác cao. Vai trò của GCP là tham chiếu tuyệt đối cho khối ảnh. Trong quá trình bình sai ảnh hàng không, tọa độ của các GCP đo trên ảnh sẽ được so khớp với tọa độ thực tế của chúng. Quá trình này giúp xác định chính xác các yếu tố định hướng ngoài của từng tấm ảnh, đồng thời hiệu chỉnh và giảm thiểu các sai số hệ thống, đảm bảo toàn bộ mô hình và bản đồ cuối cùng được định vị chính xác trong hệ tọa độ quốc gia.

IV. Phương pháp xử lý ảnh UAV tạo bản đồ địa hình chi tiết

Sau khi thu thập dữ liệu ảnh và GCP, giai đoạn xử lý ảnh UAV bắt đầu. Đây là quá trình cốt lõi, biến hàng trăm hoặc hàng nghìn tấm ảnh 2D chồng phủ lên nhau thành các sản phẩm 3D chính xác. Quá trình này thường được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng như phần mềm Agisoft Metashape hoặc phần mềm Pix4D. Bước đầu tiên là định hướng ảnh (Photo Alignment), nơi phần mềm tự động tìm kiếm các điểm ảnh tương đồng trên các tấm ảnh khác nhau để xác định vị trí tương đối của chúng. Tiếp theo là quá trình bình sai ảnh hàng không (Bundle Adjustment) có sử dụng tọa độ các GCP để tối ưu hóa vị trí và các tham số của camera, đưa toàn bộ khối ảnh về hệ tọa độ thực. Kết quả của bước này là một đám mây điểm 3D thưa. Từ đám mây điểm thưa, phần mềm sẽ tính toán để tạo ra một đám mây điểm dày đặc, mô tả chi tiết bề mặt của đối tượng. Dựa trên đám mây điểm này, các sản phẩm chính sẽ được tạo ra, bao gồm mô hình số bề mặt (DSM), mô hình số độ cao (DEM) và ảnh trực giao (Orthophoto). Quá trình này đòi hỏi một máy tính có cấu hình mạnh và sự kiểm soát chất lượng ở từng bước để đảm bảo kết quả cuối cùng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

4.1. Quy trình tạo đám mây điểm 3D và bình sai khối ảnh

Quy trình bắt đầu bằng việc nhập ảnh và tọa độ GCP vào phần mềm. Thuật toán Structure from Motion (SfM) sẽ phân tích ảnh để tái tạo lại cấu trúc 3D và các vị trí camera. Quá trình này tạo ra một đám mây điểm 3D thưa. Sau đó, các điểm GCP được nhận dạng trên ảnh và quá trình bình sai khối (Bundle Block Adjustment) được thực hiện. Quá trình này sẽ tối ưu hóa đồng thời các tham số camera và tọa độ 3D của các điểm, giảm thiểu sai số tổng thể. Sau khi bình sai, một đám mây điểm dày đặc (Dense Cloud) được tạo ra với hàng triệu điểm, thể hiện bề mặt địa hình và các đối tượng trên đó một cách chi tiết.

4.2. Xây dựng mô hình số độ cao DEM và bề mặt DSM

Từ đám mây điểm dày đặc, ta có thể tạo ra hai loại mô hình số chính. Mô hình số bề mặt (DSM - Digital Surface Model) biểu diễn bề mặt tự nhiên bao gồm cả cây cối, nhà cửa và các công trình nhân tạo. Mô hình số độ cao (DEM - Digital Elevation Model), hay còn gọi là DTM (Digital Terrain Model), chỉ biểu diễn bề mặt đất sau khi đã loại bỏ các đối tượng trên đó. Việc tạo DEM đòi hỏi các thuật toán phân loại và lọc điểm, là sản phẩm cốt lõi để tạo đường đồng mức, phân tích địa hình và tính toán khối lượng đào đắp.

V. Top ứng dụng thực tiễn của bản đồ địa hình từ Flycam

Việc đo vẽ bản đồ bằng flycam không chỉ dừng lại ở việc tạo ra bản đồ mà còn mở ra vô số ứng dụng thực tiễn trong nhiều ngành kinh tế - kỹ thuật. Trong lĩnh vực xây dựng và quản lý mỏ, các sản phẩm như DEM và đám mây điểm được sử dụng để tính toán khối lượng đào đắp một cách nhanh chóng và chính xác, giám sát tiến độ thi công và lập bình đồ hiện trạng khu vực dự án. Đối với ngành quản lý đất đai, ảnh trực giao Orthophoto độ phân giải cao kết hợp với các phép đo chính xác là cơ sở để thực hiện công tác đo đạc địa chính, cập nhật biến động đất đai và số hóa bản đồ. Trong quy hoạch đô thị và quản lý hạ tầng, bản đồ 3D từ UAV cung cấp một cái nhìn trực quan, chi tiết về hiện trạng, giúp các nhà quy hoạch mô phỏng và đưa ra các phương án thiết kế tối ưu. Ngành nông nghiệp cũng được hưởng lợi khi sử dụng ảnh đa phổ từ UAV để đánh giá sức khỏe cây trồng, tối ưu hóa việc tưới tiêu và bón phân. Ngoài ra, công nghệ này còn được ứng dụng rộng rãi trong giám sát môi trường, phòng chống thiên tai (khảo sát sạt lở, ngập lụt) và bảo tồn di sản. Các dịch vụ bay chụp flycam chuyên nghiệp đang ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu đa dạng này.

5.1. Thành lập bình đồ hiện trạng và công tác đo đạc địa chính

Bình đồ hiện trạng là một trong những sản phẩm ứng dụng phổ biến nhất. Nó cung cấp thông tin chi tiết về vị trí, hình dạng của tất cả các đối tượng địa hình, địa vật tại thời điểm khảo sát. Trong công tác đo đạc địa chính, ảnh trực giao Orthophoto có thể được sử dụng làm nền để số hóa ranh giới thửa đất, kết hợp với các điểm đo chi tiết bằng GPS để tăng độ chính xác, giúp quá trình cập nhật hồ sơ địa chính nhanh chóng và hiệu quả hơn.

5.2. Ứng dụng trong tính toán khối lượng đào đắp và giám sát

Trong các dự án xây dựng, giao thông hay khai thác mỏ, việc tính toán khối lượng đào đắp là một công việc thường xuyên. Bằng cách bay chụp UAV tại hai thời điểm khác nhau, người ta có thể tạo ra hai mô hình số bề mặt (DSM). Việc so sánh hai mô hình này cho phép tính toán chính xác khối lượng vật liệu đã được di chuyển. Phương pháp này nhanh hơn, an toàn hơn và thường chính xác hơn so với các phương pháp đo đạc mặt cắt truyền thống, giúp chủ đầu tư và nhà thầu quản lý chi phí hiệu quả.

VI. Tương lai ngành đo đạc Tích hợp UAV Lidar AI

Tương lai của việc thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh UAV gắn liền với sự tích hợp của các công nghệ tiên tiến khác. Một trong những xu hướng nổi bật nhất là việc kết hợp phương pháp đo ảnh (Photogrammetry) với công nghệ bay quét Lidar (Light Detection and Ranging). Lidar sử dụng tia laser để đo khoảng cách và tạo ra đám mây điểm 3D với độ chính xác rất cao, đặc biệt có khả năng xuyên qua thảm thực vật để thu thập dữ liệu bề mặt đất một cách chính xác, điều mà phương pháp đo ảnh quang học còn hạn chế. Các hệ thống UAV-Lidar đang ngày càng nhỏ gọn và giá cả phải chăng hơn, mở ra tiềm năng lớn cho việc lập bản đồ địa hình rừng núi hoặc các khu vực có cây cối rậm rạp. Bên cạnh đó, trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) đang được ứng dụng để tự động hóa quá trình xử lý dữ liệu. Các thuật toán AI có thể tự động phân loại các đối tượng trong đám mây điểm (như đất, cây cối, tòa nhà), tự động nhận dạng và trích xuất các đối tượng bản đồ (như đường giao thông, sông ngòi), giúp đẩy nhanh quá trình số hóa bản đồ và giảm thiểu công sức của con người. Sự phát triển của các dịch vụ bay chụp flycam chuyên nghiệp và các nền tảng xử lý dữ liệu trên nền tảng đám mây sẽ tiếp tục thúc đẩy ngành đo đạc phát triển mạnh mẽ.

6.1. Xu hướng kết hợp công nghệ bay quét Lidar với UAV

Bay quét Lidar trên UAV là một bước tiến vượt bậc. Cảm biến Lidar phát ra hàng trăm nghìn xung laser mỗi giây và ghi nhận tín hiệu phản xạ lại. Dữ liệu này cho phép tạo ra các đám mây điểm có độ chính xác cao mà không phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng. Ưu điểm lớn nhất của Lidar là khả năng xuyên tán lá cây, cung cấp các điểm đo trực tiếp trên mặt đất, rất lý tưởng cho việc xây dựng mô hình số độ cao (DEM) chính xác ở những khu vực có thảm thực vật dày đặc. Sự kết hợp giữa ảnh RGB từ camera và dữ liệu Lidar mang lại một bộ dữ liệu 3D toàn diện và chân thực nhất.

6.2. Triển vọng phát triển của dịch vụ bay chụp flycam chuyên nghiệp

Nhu cầu về dữ liệu địa không gian chính xác, cập nhật và chi phí thấp đang ngày càng tăng. Điều này thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ bay chụp flycam chuyên nghiệp. Các công ty này không chỉ cung cấp dịch vụ bay thu thập dữ liệu mà còn cả khâu xử lý và phân tích, cung cấp các sản phẩm cuối cùng như bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, mô hình 3D, báo cáo tính toán khối lượng. Sự chuyên môn hóa này giúp các doanh nghiệp trong nhiều lĩnh vực khác nhau có thể tiếp cận và ứng dụng công nghệ UAV một cách hiệu quả mà không cần đầu tư lớn vào thiết bị và nhân lực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan nội dung nghiên cứu 9 Chương 2: Cơ sở khoa học sử dụng ảnh chụp bằng máy bay không người lái phục vụ thành lập BĐĐH Chương 3: Thực nghiệm thành lập BĐĐH bằng ảnh máy bay không người lái Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Để hoàn thành đồ án, bản thân em không ngừng học tập, tìm hiểu công nghệ và tham khảo rất nhiều tài liệu. Trong quá trình thực hiện, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quí báu có hiệu quả từ các thầy, cô trong khoa Trắc địa – Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và các bạn bè đồng nghiệp. Đặc biệt cho em gửi lời biết ơn chân thành tới ThS: Đỗ Thị Hoài - người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Mặc dù em đã có nhiều rất cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án không thể tránh được những sai sót.

Em rất mong nhận được ý kiến của các thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp để kiến thức của em sẽ hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 6 năm 2015. TỔNG QUAN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về BĐĐH 1.

Định nghĩa BĐĐH là biểu thị thu nhỏ một phần hay toàn bộ bề mặt Trái Đất dựa trên một quy luật toán học nhất định. Nội dung trên bản đồ được thể hiện bằng ký hiệu quy định, những ký hiệu đó được gọi là ngôn ngữ bản đồ và đã thông qua một quá trình tổng quát hóa nhằm phản ánh sự phân bố các tính chất, các mối quan hệ, sự biến đổi các đối tượng và các hiện tượng tự nhiên, kinh tế xã hội phù hợp với mục đích sử dụng. BĐĐH thuộc loại bản đồ địa lý chung. Nội dung BĐĐH bao gồm các yếu tố sau: cơ sở toán học, thủy hệ, giao thông, dáng đất, ranh giới, dân cư, thực vật.

Mức độ đầy đủ, tỉ mỉ của nội dung phải phù hợp với mục đích sử dụng bản đồ và đặc điểm khu vực. BĐĐH cần phải rõ ràng, dễ đọc, cho phép định hướng dễ dàng nhanh chóng ở thực địa. Các yếu tố biểu thị trên bản đồ cần phải đầy đủ chính xác, cho phép người đọc xác định được định tính, định lượng của vùng địa hình. Phân loại BĐĐH  Phân loại theo tỷ lệ Bản đồ tỷ lệ lớn gồm các bản đồ có tỷ lệ 1:500 đến 1:200.000; Bản đồ tỷ lệ trung bình gồm các bản đồ tỷ lệ 1:250.000; Bản đồ tỷ lệ nhỏ gồm các bản đồ tỷ lệ nhỏ hơn 1:1.

 Phân loại theo nội dung Nhóm BĐĐH tỷ lệ 1:500 đến 1:200.000 bao gồm: + BĐĐH tỷ lệ lớn 1:500 đến 1:5.000; + BĐĐH tỷ lệ trung bình 1:10.000; + BĐĐH tỷ lệ nhỏ 1:100. Nhóm BĐĐH khái quát: tỷ lệ 1:250. + Nhóm BĐĐH khái quát bao gồm các bản đồ có tỷ lệ nhỏ hơn 1:1. 11  Phân loại bản đồ theo mục đích sử dụng BĐĐH cơ bản: là loại bản đồ phản ánh các yếu tố địa hình địa vật trên bề mặt lãnh thổ ở thời điểm đo vẽ với độ chính xác và tin cậy cao, mức độ chi tiết và tương đối đồng đều.

BĐĐH chuyên dụng: là loại bản đồ thành lập để giải quyết mục đích cụ thể của một hay nhiều ngành. Trên bản đồ ưu tiên phản ánh các đối tượng địa hình, địa vật phục vụ cho mục đích chuyên dụng hoặc chuyên ngành thì được phản ánh một cách chi tiết, mặt khác thì phản ánh sơ sài hơn đối với những đối tượng địa hình, địa vật ít sử dụng. Bản đồ nền địa hình: là loại bản đồ đã được lược bớt đi một số đặc điểm tính chất của các yếu tố địa hình, địa vật nhằm giảm nhẹ trọng tải của bản đồ, có thể coi bản đồ đã được đơn giản hóa. Về hình thức trình bày bản đồ nền địa hình vẫn giữ nguyên hệ thống ký hiệu của BĐĐH cơ bản nhưng có giảm bớt số lượng màu in.

Bản đồ này dùng làm cơ sở địa hình thể hiện các yếu tố của bản đồ chuyên môn, chuyên đề. Vai trò BĐĐH BĐĐH cho phép ta bao quát những phạm vi bất kỳ của bề mặt Trái Đất. BĐĐH tạo ra bề mặt nhìn thấy được của nhiều yếu tố, như dáng đất hình dạng kích thước và vị trí tương quan của các đối tượng. Từ bản đồ ta có thể xác định được các đặc trưng như toạ độ, phương hướng diện tích, độ cao độ dốc.

BĐĐH còn chứa nhiều thông tin về các đại lượng, số lượng, cấu trúc của các đối tượng và những mối liên hệ tồn tại giữa chúng. Do vậy BĐĐH có vai trò cực kỳ quan trọng và to lớn trong phát triển dân sinh, kinh tế của con người. Trong xây dựng công nghiệp, năng lượng, giao thông và các công trình khác, bản đồ sử dụng rộng rãi ở các giai đoạn khác nhau, từ công việc thiết kế kỹ thuật, chuyển thiết kế ra ngoài thực địa đến khi công trình hoàn thành và theo dõi sự hoạt động của công trình, ảnh hưởng của công trình đến môi trường xung quanh. BĐĐH trong xây dựng thuỷ lợi, cải tạo đất quy hoạch đồng ruộng và chống xói mòn.

12 BĐĐH có vai trò rất quan trọng trong việc quy hoạch toàn bộ nền kinh tế quốc gia. Trong lâm nghịêp BĐĐH đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc bảo vệ và quy hoạch kinh tế rừng. Các kết quả nghiên cứu khoa học về địa chất, thăm dò tìm kiếm đều được bắt đầu từ BĐĐH và kết thúc bằng bản đồ chuyên đề. Các kết quả nghiên cứu được thể hiện trên bản đồ, được chính xác hoá trên bản đồ và chúng làm phong phú thêm nội dung bản đồ.

Trong mục đích quân sự bản đồ dùng để nghiên cứu, bố trí trận địa, các căn cứ bảo vệ tổ quốc và đặc biệt là pháo binh. Với một số loại bản đồ có tỷ lệ lớn từ 1:5000 - 1:500 nó có công dụng sau: - Thiết kế chi tiết mặt bằng cho thành phố, bố trí hệ thống cấp thoát nước điện dân dụng và các công trình khác khi xây dựng thành phố. - Lập bản đồ thiết kế kỹ thuật và bản đồ khái quát chung cho các cảng, xí nghiệp công trình thuỷ điện, đặt các tuyến đường và các kênh mương. Tùy theo từng yêu cầu kỹ thuật, từng dạng công việc mà chúng ta chọn tỷ lệ bản đồ cần thành lập.

Cơ sở toán học BĐĐH Cơ sở toán học của BĐĐH nhằm đảm bảo độ chính xác của bản đồ, đáp ứng yêu cầu sử dụng, đồng thời có thể ghép nhiều mảnh bản đồ lại với nhau mà vẫn giữ được tính nhất quán. Phép chiếu Để biểu thị các yếu tố địa hình, địa vật lên mặt phẳng tờ bản đồ sao cho chính xác, ít bị biến dạng nhất ta phải sử dụng phép chiếu hình bản đồ thích hợp. Các yếu tố địa hình, địa vật là tập hợp của vô số điểm có quy luật nhất định trong không gian và ta chỉ cần biểu thị một số đặc điểm đặc trưng rồi dựa vào quy luật đó để nội suy, khái quát hoá các điểm khác. Trong khi lựa chọn hệ quy chiếu phải đặc biệt ưu tiên giảm nhỏ đến mức có thể ảnh hưởng của biến dạng phép chiếu đến kết quả thể hiện các yếu tố trên bản đồ.

13 Hiện nay, có hai phép chiếu đẳng góc có khả năng sử dụng cho BĐĐH ở Việt Nam đó là phép chiếu Gauss - krueger (trong hệ HN - 72) và phép chiếu UTM (trong hệ VN - 2000).  Phép chiếu Gauss - krueger Hình 1. Phép chiếu Gauss - krueger Đặc điểm:  Là phép chiếu đồng góc;  Kinh tuyến giữa của múi 6o là các đoạn thẳng có độ dài bằng độ dài của kinh tuyến thực và vuông góc với xích đạo;  Các kinh tuyến khác là các đoạn cong khum quay bề lõm về kinh tuyến giữa và đối xứng với nhau qua kinh tuyến giữa của mỗi múi;  Xích đạo sau khi chiếu là đoạn thẳng vuông góc với kinh tuyến giữa;  Các vĩ tuyến khác là những đường cong khum giới hạn bởi 2 kinh tuyến biên của mỗi múi và quay bề lõm về phía hai cực và đối xứng với nhau qua đường xích đạo.  Kinh tuyến giữa là đường chuẩn không có biến dạng (ko = 1), càng xa đường chuẩn biến dạng càng tăng, biến dạng lớn nhất là giao của xích đạo với hai kinh tuyến biên.

Lãnh thổ Việt Nam theo phép chiếu hình Gauss, phần đất liền chủ yếu trải trong phạm vi múi thứ 18 có kinh tuyến giữa là 105oĐ (trừ Mường Tè, Đà Nẵng, Bình Thuận. Do đó, trong hệ HN - 72 sử dụng phép chiếu hình Gauss làm cơ sở toán học cho BĐĐH là hợp lý. 14 Nhằm đảm bảo độ chính xác ta dùng phép chiếu hình Gauss với múi chiếu 6o để đảm bảo cơ sở toán học khi thành lập BĐĐH tỷ lệ 1:10.000 và nhỏ hơn, dùng phép chiếu Gauss với múi chiếu 3o hoặc nhỏ hơn để thành lập BĐĐH tỷ lệ lớn từ 1:5.  Phép chiếu UTM Hình 1.

Phép chiếu UTM Đặc điểm:  Là phép chiếu đồng góc;  Kinh tuyến giữa của múi 6o là các đoạn thẳng. Các kinh tuyến khác là các đoạn cong khum quay bề lõm về kinh tuyến giữa và đối xứng với nhau qua kinh tuyến giữa của mỗi múi;  Xích đạo sau khi chiếu là đoạn thẳng vuông góc với kinh tuyến giữa. Các vĩ tuyến khác là những đường cong quay bề lõm về phía hai cực và đối xứng với nhau qua đường xích đạo;  Hình chiếu của các kinh tuyến vuông góc với hình chiếu của các vĩ tuyến;  Hai đường kinh tuyến chuẩn nằm về hai phí của kinh tuyến trục trên đường chuẩn không có biến dạng, càng xa đường chuẩn biến dạng càng tăng, biến dạng lớn nhất là giao của xích đạo với hai kinh tuyến biên và kinh tuyến giữa (ko = 0,9996). Hiện nay, để thuận lợi cho việc sử dụng hệ toạ độ chung trong khu vực cũng như toàn cầu, trong hệ toạ độ quốc gia mới VN - 2000 sử dụng phép chiếu UTM thay cho phép chiếu Gauss.

15 So với phép chiếu hình Gauss, phép chiếu UTM có ưu điểm là độ biến dạng được phân bố đồng đều và có trị số nhỏ. Tỷ lệ độ dài trên kinh tuyến trục là k=0,9996 còn hai kinh tuyến biên lớn hơn 1. Hệ tọa độ Để xác định vị trí của các điểm trên bề mặt Trái Đất, trong trắc địa - bản đồ đã sử dụng nhiều hệ toạ độ khác nhau [1].  Hệ toạ độ địa lý ( ,  ) Trong hệ toạ độ địa lý nhận quả đất là hình cầu, gốc toạ độ là tâm O, hai mặt phẳng toạ độ là mặt phẳng xích đạo và mặt phẳng chứa kinh tuyến gốc Greenwich.