Nghiên cứu công nghệ quét laser mặt đất trong lĩnh vực địa hình và phi địa hình tại Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

1. MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT TRONG LĨNH VỰC ĐỊA HÌNH VÀ PHI ĐỊA HÌNH

1.1. Sơ lược về công nghệ quét laser

1.2. Công nghệ quét Laser cố định

1.3. Công nghệ quét laser di động

1.4. Các tiêu chí phân loại thiết bị quét laser mặt đất

1.5. Đánh giá một số loại máy quét laser mặt đất đang sử dụng ở Việt Nam

1.6. Tổng quan về các công trình nghiên cứu công nghệ quét laser mặt đất

1.6.1. Trên thế giới

1.7. Một số ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất

1.7.1. Đo vẽ và đánh giá biến động địa hình

1.7.2. Ứng dụng trong lĩnh vực phi địa hình

1.8. Những vấn đề được phát triển trong luận án

1.9. Đánh giá ban đầu về hiệu quả khi sử dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất trong lĩnh vực địa hình

1.10. Tiểu kết

2. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CÁC NGUỒN SAI SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT QUẢ QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT

2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống quét laser mặt đất

2.2. Nguyên lý hoạt động khối đo dài của thiết bị quét laser mặt đất

2.3. Nguyên lý hoạt động của khối quay thiết bị quét laser mặt đất

2.4. Các phương pháp đo góc bằng hệ thống quét laser mặt đất

2.5. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả quét laser mặt đất

2.6. Phân loại các sai số quét laser mặt đất

2.7. Những sai số thiết bị quét laser mặt đất

2.8. Các sai số phương pháp khi quét laser mặt đất

2.9. Tiểu kết

3. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT TRONG LĨNH VỰC ĐỊA HÌNH

3.1. Thuật toán lọc điểm từ dữ liệu đám mây điểm để thành lập DEM

3.2. Thuật toán lọc dữ liệu dựa trên đám mây điểm được phân đoạn

3.3. Thuật toán lọc dữ liệu quét laser mặt đất bằng bộ lọc thích ứng độ dốc và xử lý dữ liệu thô bằng việc phân cụm

3.4. Thuật toán lọc dữ liệu quét bằng bổ sung mô hình hóa bề mặt và phát triển mô hình TIN tăng cường bộ lọc

3.5. Xây dựng chương trình xử lý lọc đám mây điểm tự động. Sơ đồ khối của chương trình

3.6. Mô tả các bước của sơ đồ khối

3.7. Đặc điểm chính của chương trình

3.8. Thực nghiệm để so sánh, đánh giá độ chính xác DEM sau khi áp dụng xử lý lọc đám mây điểm tự động

3.9. Khu vực tiến hành thực nghiệm thu thập dữ liệu

3.10. Kết quả thực nghiệm và đánh giá độ chính xác

3.11. Đánh giá ưu, nhược điểm chương trình xử lý dữ liệu đám mây điểm. Nhược điểm

3.12. Định hướng phát triển

3.13. Tiểu kết

4. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT CHO VIỆC KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐỐI TƯỢNG PHI ĐỊA HÌNH

4.1. Quy trình công nghệ xây dựng mô hình 3D các đối tượng phi địa hình bằng quét laser mặt đất

4.2. Quy trình công nghệ

4.3. Khảo sát thực địa

4.4. Lập phương án thi công

4.5. Thu nhận dữ liệu. Kiểm tra dữ liệu tại thực địa

4.6. Xử lý dữ liệu nội nghiệp

4.7. Trích xuất các sản phẩm

4.8. Thực nghiệm quét laser 3D mặt đất đối với đối tượng hang động

4.8.1. Phạm vi và đối tượng hang động tiến hành thực nghiệm

4.8.2. Khảo sát địa hình, địa vật

4.8.3. Phương án đặt trạm máy và tiêu

4.8.4. Thu thập số liệu

4.8.5. Kiểm tra sai số ghép nối

4.8.6. Trích xuất các sản phẩm 3D thực nghiệm

4.9. Thực nghiệm ứng dụng quét laser 3D mặt đối với tuyến phố cổ

4.9.1. Khu vực các tuyến phố tiến hành thực nghiệm thu thập dữ liệu

4.9.2. Khảo sát thực địa

4.9.3. Phương án đặt máy quét và thi công thu thập số liệu. Kiểm tra đánh giá độ chính xác và sai số nắn ghép

4.9.4. Trích xuất sản phẩm 3D thực nghiệm

4.10. Thực nghiệm quét laser 3D mặt đất đối với đối tượng di sản văn hóa

4.10.1. Khảo sát thực địa và phương án thi công

4.10.2. Quá trình thu thập dữ liệu chi tiết bảo vật tại các di sản văn hóa

4.10.3. Kiểm tra dữ liệu các trạm máy tại thực địa

4.10.4. Trích xuất sản phẩm 3D thực nghiệm

4.11. Đánh giá ưu, nhược điểm của công nghệ quét laser mặt đất đối với từng đối tượng phi địa hình

4.11.1. Đối với đối tượng là hang động

4.11.2. Đối với đối tượng là tuyến phố

4.11.3. Đối với đối tượng là di sản văn hóa và bảo vật

4.12. So sánh các bước trong quy trình quét các đối tượng phi địa hình

4.13. Ứng dụng của sản phẩm

4.14. Tiểu kết

5. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về công nghệ quét laser mặt đất

Công nghệ quét laser mặt đất là một phương pháp hiện đại trong việc thu thập dữ liệu địa hình và phi địa hình. Công nghệ này sử dụng hệ thống quét laser 3D để đo khoảng cách từ trạm quét đến các điểm địa vật, tạo ra một khối lượng lớn dữ liệu tọa độ và hình ảnh 3D. Ứng dụng laser trong lĩnh vực này đã mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt là trong việc khảo sát địa hình và mô hình hóa địa hình. Tại Việt Nam, công nghệ này đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong các lĩnh vực như xây dựng, khai thác mỏ, và bảo tồn di sản văn hóa.

1.1. Công nghệ quét laser cố định và di động

Công nghệ quét laser được chia thành hai loại chính: cố định và di động. Công nghệ cố định thường được sử dụng trong các khu vực có diện tích nhỏ nhưng yêu cầu độ chính xác cao. Trong khi đó, công nghệ di động phù hợp với các khu vực rộng lớn, cho phép thu thập dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả. Cả hai loại công nghệ này đều có ưu điểm riêng và được lựa chọn tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

1.2. Ứng dụng trong lĩnh vực địa hình và phi địa hình

Công nghệ quét địa hình được sử dụng để đo đạc và mô hình hóa các khu vực có địa vật phức tạp. Trong khi đó, quét laser trong xây dựng và quét laser trong khảo sát giúp kiểm tra, lập kế hoạch, và theo dõi biến dạng công trình. Ngoài ra, công nghệ này còn được ứng dụng trong lĩnh vực phi địa hình như bảo tồn di sản văn hóa và khảo sát hang động.

II. Cơ sở khoa học và nguồn sai số trong quét laser 3D

Nguyên lý hoạt động của hệ thống quét laser dựa trên việc đo khoảng cách và góc quét để xác định vị trí các điểm địa vật. Tuy nhiên, quá trình này có thể bị ảnh hưởng bởi các nguồn sai số như sai số thiết bị và sai số phương pháp. Việc hiểu rõ các nguồn sai số này là cần thiết để nâng cao độ chính xác của dữ liệu thu thập.

2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống quét laser

Hệ thống quét laser hoạt động dựa trên nguyên lý đo khoảng cách bằng phương pháp đo xung hoặc đo pha. Các tia laser được phát ra từ trạm quét, phản xạ lại từ địa vật, và được thu lại để tính toán khoảng cách. Quá trình này được kết hợp với việc đo góc quét để xác định vị trí chính xác của các điểm địa vật.

2.2. Phân loại và đánh giá các nguồn sai số

Các nguồn sai số trong quét laser 3D được chia thành hai loại chính: sai số thiết bị và sai số phương pháp. Sai số thiết bị bao gồm các lỗi do thiết bị đo không chính xác, trong khi sai số phương pháp liên quan đến cách thức thu thập và xử lý dữ liệu. Việc phân tích và giảm thiểu các sai số này là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng dữ liệu.

III. Xây dựng chương trình xử lý dữ liệu quét laser 3D

Một trong những kết quả quan trọng của nghiên cứu là việc xây dựng chương trình xử lý dữ liệu quét laser 3D. Chương trình này bao gồm các thuật toán lọc điểm, giảm mật độ điểm, và tự động nội suy mô hình số địa hình. Dữ liệu địa hình sau khi xử lý được sử dụng để tạo ra các mô hình 3D chính xác, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.

3.1. Thuật toán lọc điểm và giảm mật độ điểm

Các thuật toán lọc điểm được phát triển để loại bỏ các điểm dữ liệu không cần thiết, giúp tối ưu hóa quá trình xử lý. Thuật toán giảm mật độ điểm được sử dụng để giảm thiểu khối lượng dữ liệu mà vẫn đảm bảo độ chính xác của mô hình. Điều này đặc biệt hữu ích khi làm việc với các khu vực có địa hình phức tạp.

3.2. Thực nghiệm và đánh giá độ chính xác

Các thực nghiệm được tiến hành để kiểm chứng hiệu quả của chương trình xử lý dữ liệu. Kết quả cho thấy, chương trình có khả năng tạo ra các mô hình số địa hình với độ chính xác cao, đáp ứng được yêu cầu của các ứng dụng thực tế. Điều này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của công nghệ quét laser 3D trong điều kiện tại Việt Nam.

IV. Ứng dụng công nghệ quét laser 3D trong phi địa hình

Công nghệ quét laser 3D không chỉ được ứng dụng trong lĩnh vực địa hình mà còn trong các lĩnh vực phi địa hình như khảo sát hang động, tuyến phố cổ, và di sản văn hóa. Các mô hình 3D được tạo ra từ dữ liệu quét laser giúp bảo tồn và quảng bá các di sản văn hóa, đồng thời hỗ trợ phát triển du lịch.

4.1. Quy trình công nghệ quét laser cho đối tượng phi địa hình

Quy trình công nghệ quét laser cho các đối tượng phi địa hình bao gồm các bước như khảo sát thực địa, thu nhận dữ liệu, và xử lý dữ liệu nội nghiệp. Các sản phẩm 3D được tạo ra từ quy trình này có độ chính xác cao, phục vụ cho việc bảo tồn và phát triển các di sản văn hóa.

4.2. Thực nghiệm và đánh giá ưu nhược điểm

Các thực nghiệm được tiến hành trên các đối tượng như hang động, tuyến phố cổ, và di sản văn hóa. Kết quả cho thấy, công nghệ quét laser 3D có nhiều ưu điểm như độ chính xác cao và khả năng tạo ra các mô hình 3D chi tiết. Tuy nhiên, công nghệ này cũng có một số nhược điểm như chi phí cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp.

Luận án tiến sĩ: Ứng dụng công nghệ quét laser mặt đất trong nghiên cứu địa hình và phi địa hình ở Việt Nam