chương 1 trình bày tổng quan và đánh giá những kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về các phương pháp nâng cao độ chính xác thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao 1. Tình hình nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao để thành lập bình đồ ảnh phục vụ cho công tác thành lập và hiện chỉnh bản đồ 1. Trên thế giới Hiện nay, kỹ thuật viễn thám đang có những bước phát triển mạnh mẽ. Các vệ tinh nhỏ và có độ phân giải cao (nhỏ hơn 1m) đang được nghiên cứu và phát triển thành công như vệ tinh WorldView, QuickBird, IKONO, KOMSAT.
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật thu nhận ảnh là sự phát triển các nghiên cứu về các phương pháp xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ cho các công tác thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, thành lập các bản đồ chuyên đề lớp phủ và các ứng dụng từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao. Quy trình để thành lập bản đồ hoặc hiện chỉnh bản đồ địa hình từ tư liệu ảnh độ phân giải cao cần thực hiện qua các bước chính sau: - Tiền xử lý ảnh bao gồm hiệu chỉnh về giá trị phổ phản xạ và các sai số hình học của hệ thống vệ tinh. - Nắn và hiệu chỉnh ảnh về hệ tọa độ quốc gia, loại bỏ sai số ảnh hưởng của chênh cao địa hình. 8 - Đo vẽ và biên tập bản đồ.
Như vậy, kết quả độ chính xác đo vẽ và biên tập bản đồ phụ thuộc vào độ chính xác của bước tiền xử lý ảnh và hiệu chỉnh hình học ảnh. Các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra các kỹ thuật xử lý nhằm nâng cao độ chính xác hình học của ảnh vệ tinh dựa trên các tư liệu ảnh vệ tinh khác nhau. Các nghiên cứu về kỹ thuật xử lý nâng cao độ chính xác của anh vệ tinh độ phân giải cao vẫn đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm thử nghiệm cùng với sự ra đời của các thế hệ vệ tinh mới. Các kết quả nghiên cứu được thể hiện qua các lĩnh vực chính như sau: Thứ nhất: Về hiệu chỉnh ảnh hưởng các sai số do bản thân chuyển động và do cấu tạo của bộ cảm đến độ chính xác hình học của ảnh.
Quá trình chuyển động của vệ tinh bao gồm việc xác định chính xác các thông số quỹ đạo, vị trí góc chụp, góc ngưỡng, cấu tạo và đặc tính thu nhận của bộ cảm vệ tinh sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác hình học của các pixel trên ảnh. Năm 2001, Saeid Sadeghian và các cộng sự [54], trong nghiên cứu này nhóm tác giả đã đưa ra kết quả nghiên cứu nâng cao độ chính xác hiệu chỉnh hình học bằng cách sử dụng các điểm khống chế ngoại nghiệp khi không có đầy đủ các dữ liệu chụp ảnh như thông số quỹ đạo, vị trí chụp, góc ngưỡng cấu tạo và đặc tính thu nhận của bộ cảm vệ tinh sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác hình học của các pixel trên ảnh. Nhóm tác giả đã sử dụng mô hình chuyển đổi tuyến tính trực tiếp (DLT) để nắn chỉnh. Khu vực thử nghiệm trên một khu vực của miền Tây của Iran, sử dụng tư liệu ảnh SPOT 5 m và kết quả là RMSExy là 8,44 m đáp ứng với việc hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ 1:50 000.
Ngoài ra nhóm tác giả còn so sánh với kết quả hiệu chỉnh hình học trên ảnh hàng không KFA-1000 thì kết quả đạt độ chính xác tương đương nhau. 9 Thứ hai: Về hiệu chỉnh ảnh hưởng của các điều kiện thu nhận ảnh vệ tinh bao gồm các điều kiện chiếu sáng của mặt trời, ảnh hưởng của khí quyển, ảnh hưởng của chênh cao địa hình và độ cong của quả đất. Năm 2008, Jindong Wu và các cộng sự trong tài liệu [41] đã đề xuất phương pháp hiệu chỉnh ảnh hưởng của chênh cao địa hình trong các điều kiện chiếu sáng khác nhau đến độ chính xác xác định vị trí các điểm trên ảnh vệ tinh độ phân giải cao. - Đề xuất phương pháp nâng cao độ chính xác thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao.
Các phương pháp được các nhà khoa học đề xuất chủ yếu để nâng cao độ chính xác về mặt phẳng và độ chính xác về độ cao trong quá trình thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. + Năm 2006, Didier Massonnet, Charles Elachi [25], trong nghiên cứu này nhóm tác giả đã nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao có sử dụng kỹ thuật giao thoa ảnh radar. + Năm 2007, Li Zhang, Armin Gruen [44], nhóm tác giả đã nghiên cứu khả năng tự động tạo mô hình số bề mặt từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao như IKONOS, SPOT 5 HRG/HRS (ảnh lập thể độ phân giải cao HRS - High Stereoscopic Resolution) lấy khu vực thử nghiệm với diện tích là 1,6 km2 thuộc thành phố Thun thuộc bang Bern của Thụy Sỹ. Và kết quả đạt độ chính xác: đối với khu vực cây và bụi cây là 2 m ÷ 3 m, trong khi đối với khu vực đất trống độ chính xác là khoảng 1 m hoặc thậm chí tốt hơn.
- Ngoài ra trong tài liệu của Y.Fraser [64], nhóm tác giả đã đề cập đến phương pháp thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn từ ảnh vệ tinh lập thể GeoEye - 1 trong khu vực với diện tích khoảng 250 km2 thuộc thành phố Tsukuba thuộc tỉnh Ibaraki của Nhật Bản. Trong nghiên cứu này sử dụng 10 hơn 100 điểm khống chế (hình 1.1) và kết quả đạt được độ chính xác về mặt phẳng là 0.4 m và độ cao là 0. Ảnh GeoEye - 1 với các điểm khống chế và điểm kiểm tra - Năm 2012, Martina L. Hobi và Christian Ginzler [49], trong nghiên cứu nhóm tác giả đã đề xuất thành lập mô hình số độ cao trong khu vực giữa hai thành phố Zurich và Baden ở Thụy Sỹ bằng ảnh vệ tinh độ phân giải cao lập thể Worlview-2 và sử dụng mô hình hàm đa thức hữu tỷ để hiệu chỉnh sai số.
Và kết quả đạt được độ chính xác về độ cao đối với khu vực bằng phẳng và thực phủ ít là 0.24 m, còn đối với khu vực địa hình khó khăn có thực phủ lớn là 1. Thứ 3: Về khả năng nâng cao độ chính xác vị trí điểm địa vật thì phương pháp chủ yếu là hiệu chỉnh hình học, sử dụng các mô hình hiệu chỉnh và nâng cao độ chính xác và số lượng các điểm khống chế nắn ảnh. 11 Năm 2009, Shijie Liu [55], trong nghiên cứu tác giả đã quan tâm đến việc nắn chỉnh ảnh Theos của Thái Lan. Tác giả đã nghiên cứu ứng dụng của ảnh Theos trong quá trình nắn ảnh, tác giả đã tập trung vào mô hình định hướng cảm biến.
Cụ thể tác giả đã sử dụng hệ thống phần mềm Barista đo ảnh của ảnh vệ tinh để đánh giá độ chính xác tham chiếu địa lý của ảnh Theos, bao gồm các cảnh ảnh và dải ảnh, đã được tiến hành trong vùng thực nghiệm tại Úc diện tích (25 km x 100 km). Tác giả đã thực nghiệm trên một tập hợp 5 ảnh nằm cùng trên một qũi đạo. Kết quả chứng minh với 06 điểm khống chế sử dụng 03 ảnh thì độ chính xác mặt phẳng của các điểm ảnh có thể đạt được nhỏ hơn khoảng 02 pixel so với số lượng điểm khống chế đó trên tập hợp 05 ảnh Năm 2010, trong tài liệu Kyaw Sann OO và Masataka TAKAGI [43], tác giả dùng ảnh Geoeye độ phân giải cao sử dụng để nắn. Trong nghiên cứu này, các tác giả quan tâm đến các điểm khống chế ảnh và coi đó như một yếu tố quyết định độ chính xác của bình đồ ảnh tạo ra.
Ảnh Geoeye với các điểm khống chế dùng để nắn ảnh 12 Các điểm khống chế được sử dụng trong việc nắn ảnh vệ tinh, tọa độ và độ cao có thể được xác định bằng các phương pháp khác nhau như: Đo trực tiếp ngoại nghiệp; lấy từ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hoặc từ các cơ sở dữ liệu đã được xây dựng trước đó. Khi nắn ảnh vệ tinh độ phân giải cao dưới 1m với mục đích thành lập bình đồ ảnh tỷ lệ lớn, thì số lượng các điểm khống chế phải nhiều lên và yêu cầu độ chính xác tọa độ của các điểm không chế phải có độ chính xác cao. Trong nghiên cứu này nhóm tác giả đã thử nghiệm một khu vực có diện tích rất lớn, địa hình đặc biệt khó khăn. Dẫn đến việc đi lại cho quá trình đo nối điểm khống chế ngoại nghiệp gặp rất nhiều khó khăn thậm chí có những nơi không thể đo được.
Vì thế, nhóm tác giả đã lựa chọn phương án là sử dụng 10 điểm khống chế ảnh đã có tọa độ và độ cao có sẵn ở các tài liệu khác. Kết quả đã khẳng định khống chế ảnh này có thể sử dụng như khống chế đo ngoại nghiệp. Các vấn đề nghiên cứu nâng cao độ chính xác của nắn ảnh vệ tinh được trình bày trong các tài liệu. Tuy nhiên, khi tham khảo các báo cáo khoa học này gần như chỉ là những thông tin cơ sở, rất khó tiếp thu và triển khai.
Ở Việt Nam Ở Việt Nam cùng với sự phát triển công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý, việc xử lý số liệu ảnh vệ tinh từ nhiều nguồn vệ tinh khác nhau nhằm quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường là nhu cầu rất cần thiết trong nhiều năm qua. Những cam kết bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường được các địa phương đề cập và ký kết thành văn bản với sự tham gia của Bộ Tài nguyên và Môi trường nhấn mạnh sự cần thiết phải mở ra những dự án lớn trong đó có sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao đi đôi với độ phủ rộng. Việc nghiên cứu ứng dụng có sự tham gia của dữ liệu viễn thám giúp ích cho khả năng dự báo và hạn chế các tác động không mong muốn. Chính vì vậy, 13 việc sử dụng ảnh vệ tinh đã được các nhà khoa học đo ảnh rất quan tâm và được nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau.
- Năm 2001, Nguyễn Xuân Lâm [5] báo cáo đề tài khoa học “Nghiên cứu quy trình đo vẽ địa hình tỷ lệ 1:5 0000 để hoàn thiện vùng trống, vẽ nháp trên bản đồ phủ trùm bằng tư liệu viễn thám”.