Nghiên cứu công nghệ quét laser 3D mặt đất trong địa hình và phi địa hình tại Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

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

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

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

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

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

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

1.6. Phân loại các sai số quét laser mặt đất

1.7. Những sai số thiết bị quét laser mặt đất

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

1.9. Tiểu kết

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

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

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

2.3. 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

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

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

2.6. Mô tả các bước của sơ đồ khối

2.7. Đặc điểm chính của chương trình

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

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

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

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

2.12. Định hướng phát triển

2.13. Tiểu kết

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

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

3.2. Quy trình công nghệ

3.3. Khảo sát thực địa

3.4. Lập phương án thi công

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

3.6. Xử lý dữ liệu nội nghiệp

3.7. Trích xuất các sản phẩm

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

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

3.10. Khảo sát địa hình, địa vật

3.11. Phương án đặt trạm máy và tiêu

3.12. Thu thập số liệu

3.13. Kiểm tra sai số ghép nối

3.14. Trích xuất các sản phẩm 3D thực nghiệm

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

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

3.17. Khảo sát thực địa

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

3.19. Trích xuất sản phẩm 3D thực nghiệm

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

3.21. Khảo sát thực địa và phương án thi công

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

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

3.24. Trích xuất sản phẩm 3D thực nghiệm

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

3.25.1. Đối với đối tượng là hang động

3.25.2. Đối với đối tượng là tuyến phố

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

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

3.27. Ứng dụng của sản phẩm

3.28. Tiểu kết

4. 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 3D mặt đất

Công nghệ quét laser 3D đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc thu thập dữ liệu địa không gian. Quét laser 3D mặt đất được ứng dụng rộng rãi trong cả lĩnh vực địa hình và phi địa hình. Tại Việt Nam, công nghệ này đang được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng nhu cầu đo đạc chính xác và hiệu quả. Các ứng dụng bao gồm khảo sát địa hình, xây dựng mô hình số, và bảo tồn di sản văn hóa. Nghiên cứu này nhằm xác lập cơ sở khoa học và đề xuất quy trình công nghệ phù hợp với điều kiện thực tiễn tại Việt Nam.

1.1. Ứng dụng trong địa hình

Quét laser địa hình được sử dụng để thành lập mô hình số địa hình (DEM) với độ chính xác cao. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong việc khảo sát các khu vực có địa vật phức tạp, giúp giảm thiểu thời gian và chi phí so với phương pháp truyền thống. Nghiên cứu đã thực nghiệm tại các khu vực như làng Gia Phú và đồi Lim, cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc thu thập và xử lý dữ liệu.

1.2. Ứng dụng trong phi địa hình

Quét laser phi địa hình được áp dụng để xây dựng mô hình 3D cho các đối tượng như hang động, tuyến phố cổ, và di tích văn hóa. Ví dụ, tại hang Đầu Gỗ và tuyến phố Tạ Hiện, công nghệ này đã giúp tạo ra các mô hình chi tiết, phục vụ cho mục đích bảo tồn và phát triển du lịch. Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của công nghệ này trong các lĩnh vực phi địa hình.

II. Cơ sở khoa học và nguồn sai số

Nguyên lý hoạt động của công nghệ quét laser 3D dựa trên việc đo khoảng cách và góc quét để tạo ra đám mây điểm 3D. Tuy nhiên, kết quả quét có thể bị ảnh hưởng bởi các nguồn sai số như sai số thiết bị, sai số phương pháp, và điều kiện môi trường. Nghiên cứu đã phân tích các nguồn sai số này và đề xuất các giải pháp để giảm thiểu ảnh hưởng, đảm bảo độ chính xác của dữ liệu thu thập.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Hệ thống quét laser 3D mặt đất hoạt động dựa trên nguyên lý đo khoảng cách bằng phương pháp xung hoặc pha. Thiết bị quét ghi lại tọa độ và hướng quét để tạo ra đám mây điểm 3D. Quá trình này đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng.

2.2. Phân loại sai số

Các sai số trong quét laser 3D được phân loại thành sai số thiết bị (do độ chính xác của máy quét) và sai số phương pháp (do cách thức quét và xử lý dữ liệu). Nghiên cứu đã đề xuất các biện pháp hiệu chỉnh để giảm thiểu các sai số này, đảm bảo chất lượng dữ liệu đầu ra.

III. Xây dựng chương trình xử lý dữ liệu

Nghiên cứu đã phát triển các thuật toán và chương trình phụ trợ để xử lý dữ liệu quét laser 3D. Các thuật toán bao gồm lọc điểm, giảm mật độ điểm, và tự động nội suy mô hình số địa hình. Chương trình được thử nghiệm và đánh giá độ chính xác thông qua các thực nghiệm tại các khu vực khác nhau.

3.1. Thuật toán lọc điểm

Thuật toán lọc điểm dựa trên mô hình hóa bề mặt và phát triển mô hình TIN đã được áp dụng để loại bỏ các điểm nhiễu và tăng cường độ chính xác của dữ liệu. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả vượt trội của thuật toán này trong việc xử lý đám mây điểm.

3.2. Đánh giá độ chính xác

Chương trình xử lý dữ liệu đã được thử nghiệm tại các khu vực thực nghiệm, so sánh với dữ liệu địa hình hiện có. Kết quả cho thấy độ chính xác cao và khả năng ứng dụng rộng rãi của chương trình trong việc thành lập mô hình số địa hình.

IV. Quy trình công nghệ quét laser 3D

Nghiên cứu đã đề xuất một quy trình công nghệ chi tiết cho việc quét laser 3D mặt đất trong các lĩnh vực địa hình và phi địa hình. Quy trình bao gồm các bước từ khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu, đến xử lý và trích xuất sản phẩm. Quy trình này đã được thử nghiệm và đánh giá thông qua các thực nghiệm tại các đối tượng khác nhau.

4.1. Quy trình cho đối tượng địa hình

Quy trình quét laser địa hình bao gồm các bước khảo sát, đặt trạm máy, thu thập dữ liệu, và xử lý nội nghiệp. Kết quả thực nghiệm tại các khu vực như làng Gia Phú và đồi Lim cho thấy hiệu quả của quy trình trong việc thành lập mô hình số địa hình.

4.2. Quy trình cho đối tượng phi địa hình

Quy trình quét laser phi địa hình được áp dụng để xây dựng mô hình 3D cho các đối tượng như hang động, tuyến phố cổ, và di tích văn hóa. Kết quả thực nghiệm tại hang Đầu Gỗ và tuyến phố Tạ Hiện cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của quy trình này.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Ứng dụng công nghệ quét laser 3D trong lĩnh vực địa hình và phi địa hình ở Việt Nam