Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ UAV Thành Lập Bản Đồ Địa Chính Tại Minh Khai, Bắc Từ Liêm

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng công nghệ UAV trong việc thành lập bản đồ địa chính tại phường Minh Khai, quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội.

• Tác giả: Nguyễn Việt Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Trần Minh Ý
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Quản lý đất đai
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ UAV Trong Thành Lập Bản Đồ Địa Chính Tại Minh Khai, Bắc Từ Liêm
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. Lời cam đoan
• 1.2. Mục lục
• 1.3. Danh mục chữ viết tắt
• 1.4. Danh mục bảng
• 1.5. Danh mục sơ đồ, hình
• 1.6. Trích yếu luận văn
• 1.7. Thesis abstract
• 1.8. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.9. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.10. Phạm vi nghiên cứu
• 1.11. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.12. Tổng quan tài liệu
• 1.12.1. Bản đồ địa chính
• 1.12.1.1. Khái niệm bản đồ địa chính
• 1.12.1.2. Nội dung bản đồ địa chính
• 1.12.1.3. Mục đích, vai trò của bản đồ địa chính
• 1.12.1.4. Quy trình thành lập bản đồ địa chính
• 1.12.1.5. Quy chuẩn kỹ thuật bản đồ địa chính
• 1.12.1.6. Các phương pháp thành lập bản đồ địa chính tại Việt Nam
• 1.12.1.7. Ưu nhược điểm các phương pháp đo đạc bản đồ địa chính
• 1.12.2. Công nghệ ảnh máy bay không người lái (UAV)
• 1.12.2.1. Tổng quan về công nghệ ảnh hàng không
• 1.12.2.2. Khái niệm UAV
• 1.12.2.3. Ứng dụng thực tiễn của UAV
• 1.12.2.4. Thành lập bản đồ địa chính bằng công nghệ UAV
• 1.13. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.13.1. Địa điểm nghiên cứu
• 1.13.2. Thời gian nghiên cứu
• 1.13.3. Đối tượng, vật liệu nghiên cứu
• 1.13.4. Nội dung nghiên cứu. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của phường Minh Khai, quận Bắc Từ Liêm
• 1.13.5. Ứng dụng công nghệ ảnh UAV thành lập bản đồ địa chính
• 1.13.6. Đánh giá hiệu quả và so sánh với phương pháp truyền thống
• 1.14. Phương pháp nghiên cứu
• 1.14.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 1.14.2. Phương pháp xây dựng lưới khống chế bằng công nghệ GPS
• 1.14.3. Phương pháp bay chụp
• 1.14.4. Phương pháp lập bình đồ ảnh
• 1.14.5. Phương pháp số hóa, biên tập bản đồ
• 1.14.6. Phương pháp đối soát, đo đạc bổ sung thực địa, kiểm tra, đánh giá độ chính xác bản đồ
• 1.14.7. Phương pháp so sánh
• 1.15. Kết quả và thảo luận
• 1.15.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội phường Minh Khai
• 1.15.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 1.15.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội
• 1.15.2. Tình hình quản lý, sử dụng đất
• 1.15.3. Ứng dụng công nghệ ảnh UAV thành lập bản đồ địa chính
• 1.15.3.1. Khảo sát thực địa, xây dựng lưới khống chế ảnh. Thiết kế bay, bay chụp và xử lý ảnh
• 1.15.3.2. Số hóa ảnh, hoàn thiện đo đạc và biên tập bản đồ địa chính
• 1.15.3.3. Đánh giá hiệu quả và so sánh với phương pháp truyền thống
• 1.15.3.4. Kiểm tra thực địa, đánh giá độ chính xác
• 1.15.3.5. So sánh phương pháp sử dụng công nghệ UAV và phương pháp đo toàn đạc truyền thống. Đánh giá hiệu quả ứng dụng công nghệ UAV thành lập bản đồ địa chính
• 1.16. Kết luận và kiến nghị
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ứng Dụng UAV Đo Đạc Địa Chính

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng công nghệ UAV trong thành lập bản đồ địa chính tại phường Minh Khai, quận Bắc Từ Liêm. Công tác đo đạc địa chính đóng vai trò then chốt trong quản lý đất đai, là cơ sở cho kê khai, đăng ký, lập hồ sơ địa chính và cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất. Phương pháp truyền thống tốn nhiều nhân lực, vật lực và thời gian, đặc biệt ở khu vực đất nông nghiệp. Do đó, việc ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV) hứa hẹn mang lại giải pháp hiệu quả, nâng cao chất lượng bản đồ và tiết kiệm chi phí. Nghiên cứu này đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng UAV trong điều kiện thực tế tại Minh Khai, góp phần vào sự phát triển của ngành đo đạc địa chính Việt Nam. Nghiên cứu này được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Minh Ý và PGS. Trần Quốc Vinh.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Bản Đồ Địa Chính Trong Quản Lý Đất Đai

Bản đồ địa chính là nền tảng cho công tác quản lý nhà nước về đất đai ở các cấp. Nó phục vụ cho các nhiệm vụ như thu thuế, giải quyết tranh chấp, quy hoạch đất đai và bồi thường. Bản đồ địa chính còn là cơ sở để xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) quốc gia và là cơ sở pháp lý cho các hoạt động dân sự liên quan đến đất đai. Theo mục 4 Điều 3 Luật đất đai 2013: “Bản đồ địa chính là bản đồ thể hiện các thửa đất và các yếu tố địa lý có liên quan, lập theo đơn vị hành chính xã, phường, thị trấn, được cơ quan nhà nước có thẩm quyền xác nhận”.

1.2. Ưu Điểm Của Công Nghệ UAV So Với Phương Pháp Đo Đạc Truyền Thống

Công nghệ UAV mang lại nhiều ưu điểm so với phương pháp đo đạc truyền thống, đặc biệt trong khảo sát địa chính. UAV giúp giảm thiểu nhân lực, thời gian và chi phí đo đạc, đặc biệt ở khu vực địa hình phức tạp hoặc diện tích lớn. UAV cũng cho phép thu thập dữ liệu nhanh chóng và chính xác, tạo ra orthomosaic và mô hình số độ cao (DEM) chất lượng cao. Ngoài ra, UAV còn giảm thiểu rủi ro cho người lao động so với phương pháp đo đạc trực tiếp trên mặt đất.

II. Thách Thức Ứng Dụng UAV Thành Lập Bản Đồ Địa Chính

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc ứng dụng công nghệ UAV trong thành lập bản đồ địa chính cũng đối mặt với một số thách thức. Độ chính xác của bản đồ UAV phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng thiết bị bay không người lái, kỹ năng người vận hành, điều kiện thời tiết và phương pháp xử lý ảnh. Việc đảm bảo tuân thủ các quy định pháp luật về sử dụng UAV và bảo mật dữ liệu cũng là một vấn đề quan trọng. Ngoài ra, cần có đội ngũ kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao để vận hành UAV, xử lý dữ liệu và kiểm định chất lượng bản đồ. Nghiên cứu này sẽ đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu quả của việc sử dụng UAV trong đo đạc địa chính tại Minh Khai.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Chính Xác Của Bản Đồ UAV

Độ chính xác của bản đồ UAV chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm: chất lượng cảm biến của máy ảnh, độ cao bay, tốc độ bay, góc chụp, số lượng và vị trí của điểm kiểm soát mặt đất (GCP), phương pháp xử lý ảnh và điều kiện thời tiết. Việc lựa chọn UAV và máy ảnh phù hợp, thiết kế đường bay tối ưu và sử dụng phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của bản đồ. Ngoài ra, cần thực hiện kiểm tra và đánh giá độ chính xác của bản đồ theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

2.2. Vấn Đề Pháp Lý Và Bảo Mật Dữ Liệu Khi Sử Dụng UAV

Việc sử dụng UAV phải tuân thủ các quy định pháp luật về quản lý và sử dụng không gian bay, đảm bảo an toàn cho người và tài sản. Cần có giấy phép bay và tuân thủ các quy định về độ cao bay, khu vực bay và thời gian bay. Ngoài ra, cần có biện pháp bảo mật dữ liệu thu thập được từ UAV, tránh rò rỉ thông tin cá nhân hoặc thông tin nhạy cảm. Việc tuân thủ các quy định pháp luật và bảo mật dữ liệu là rất quan trọng để đảm bảo tính hợp pháp và an toàn của việc sử dụng UAV.

III. Giải Pháp Quy Trình Thành Lập Bản Đồ Địa Chính Bằng UAV

Nghiên cứu này đề xuất quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng công nghệ UAV tại Minh Khai. Quy trình bao gồm các bước: khảo sát thực địa, xây dựng lưới khống chế ảnh, thiết kế bay, bay chụp, xử lý ảnh, số hóa bản đồ, kiểm tra và đánh giá độ chính xác. Việc xây dựng lưới khống chế ảnh bằng công nghệ GPS (RTK hoặc PPK) là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của bản đồ. Quá trình xử lý ảnh bao gồm các bước: chỉnh sửa ảnh, tạo orthomosaic, tạo DEM và DSM. Bản đồ được số hóa trên nền orthomosaic và biên tập theo quy phạm quy định trong Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên & Môi trường.

3.1. Xây Dựng Lưới Khống Chế Ảnh Bằng Công Nghệ GPS RTK PPK

Việc xây dựng lưới khống chế ảnh là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của bản đồ UAV. Sử dụng công nghệ GPS (RTK hoặc PPK) để đo đạc tọa độ các điểm kiểm soát mặt đất (GCP) với độ chính xác cao. Các GCP được bố trí đều trên khu vực đo vẽ và được sử dụng để hiệu chỉnh và định hướng ảnh trong quá trình xử lý. Số lượng và vị trí của GCP ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ, cần được lựa chọn cẩn thận.

3.2. Xử Lý Ảnh UAV Tạo Orthomosaic DEM Và DSM

Quá trình xử lý ảnh UAV bao gồm các bước: chỉnh sửa ảnh, tạo orthomosaic, tạo DEM và DSM. Orthomosaic là ảnh trực giao đã được hiệu chỉnh biến dạng hình học, cho phép đo đạc chính xác khoảng cách và diện tích. DEM là mô hình số độ cao thể hiện địa hình khu vực đo vẽ. DSM là mô hình số bề mặt thể hiện cả địa hình và các đối tượng trên bề mặt (nhà cửa, cây cối). Các sản phẩm này được sử dụng để số hóa bản đồ và phân tích không gian.

3.3. Số Hóa Và Biên Tập Bản Đồ Địa Chính Theo Quy Định

Bản đồ địa chính được số hóa trên nền orthomosaic bằng phần mềm GIS. Các thửa đất, ranh giới, địa vật và thông tin thuộc tính được số hóa theo quy phạm quy định trong Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên & Môi trường. Bản đồ được biên tập và trình bày theo đúng quy chuẩn kỹ thuật, đảm bảo tính chính xác và đầy đủ thông tin.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Kết Quả Đo Đạc UAV Tại Phường Minh Khai

Nghiên cứu đã ứng dụng quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng công nghệ UAV tại khu vực đất nông nghiệp phía Bắc phường Minh Khai. Kết quả cho thấy UAV có thể thu thập dữ liệu nhanh chóng và chính xác, tạo ra bản đồ địa chính có độ chính xác đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. So sánh với phương pháp đo đạc truyền thống, UAV giúp giảm thiểu thời gian và chi phí đo đạc, đặc biệt ở khu vực địa hình phức tạp. Tuy nhiên, cần có đội ngũ kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao để vận hành UAV, xử lý dữ liệu và kiểm định chất lượng bản đồ.

4.1. Đánh Giá Độ Chính Xác Bản Đồ Địa Chính Thành Lập Bằng UAV

Độ chính xác của bản đồ địa chính thành lập bằng UAV được đánh giá bằng cách so sánh tọa độ các điểm trên bản đồ với tọa độ thực tế đo đạc bằng phương pháp truyền thống. Sai số vị trí và sai số diện tích được tính toán và so sánh với các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Kết quả cho thấy bản đồ UAV có độ chính xác đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1000.

4.2. So Sánh Hiệu Quả Giữa Phương Pháp UAV Và Đo Đạc Truyền Thống

Hiệu quả của phương pháp UAV và phương pháp đo đạc truyền thống được so sánh dựa trên các tiêu chí: thời gian đo đạc, chi phí đo đạc, nhân lực cần thiết và độ chính xác của bản đồ. Kết quả cho thấy UAV có hiệu quả cao hơn về thời gian và chi phí, đặc biệt ở khu vực địa hình phức tạp hoặc diện tích lớn. Tuy nhiên, cần có đội ngũ kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao để vận hành UAV, xử lý dữ liệu và kiểm định chất lượng bản đồ.

V. Kết Luận Tiềm Năng Phát Triển Của UAV Trong Đo Đạc Địa Chính

Nghiên cứu này khẳng định tiềm năng phát triển của công nghệ UAV trong đo đạc địa chính tại Việt Nam. UAV mang lại giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thời gian so với phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, cần có sự đầu tư vào đào tạo nguồn nhân lực, xây dựng quy trình chuẩn và hoàn thiện hệ thống pháp luật để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi UAV trong ngành đo đạc địa chính. Trong tương lai, UAV có thể được sử dụng để cập nhật bản đồ, quản lý đất đai và quy hoạch sử dụng đất một cách hiệu quả hơn.

5.1. Đề Xuất Giải Pháp Phát Triển Ứng Dụng UAV Trong Đo Đạc

Để thúc đẩy ứng dụng UAV trong đo đạc địa chính, cần có sự phối hợp giữa các cơ quan nhà nước, các doanh nghiệp và các trường đại học. Cần xây dựng chương trình đào tạo chuyên sâu về UAV, phát triển phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng và hoàn thiện hệ thống pháp luật về sử dụng UAV. Ngoài ra, cần có chính sách hỗ trợ các doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ UAV và khuyến khích ứng dụng UAV trong các dự án đo đạc địa chính.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Ứng Dụng UAV Trong GIS

Trong tương lai, cần có thêm nhiều nghiên cứu về ứng dụng UAV trong các lĩnh vực khác của GIS, như quản lý tài nguyên đất, quy hoạch sử dụng đất, giám sát môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu. Cần nghiên cứu các phương pháp xử lý dữ liệu UAV tiên tiến, như học sâu và trí tuệ nhân tạo, để nâng cao độ chính xác và hiệu quả của các ứng dụng GIS.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê quản lý đất đai thành phố Hà Nội, phường Minh Khai thuộc quận Bắc Từ Liêm có tổng diện tích tự nhiên 512,85 ha với quỹ đất nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn và phân bố tập trung. Trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh chóng, công tác thành lập bản đồ địa chính phục vụ cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất và xây dựng cơ sở dữ liệu đất đai đang đối mặt với nhiều thách thức lớn. Các phương pháp đo đạc truyền thống bằng máy toàn đạc điện tử bộc lộ rõ hạn chế về thời gian thi công kéo dài, đòi hỏi lượng nhân công ngoại nghiệp lớn và chi phí đầu tư tốn kém khi tác nghiệp trên diện tích rộng. Vấn đề nghiên cứu then chốt là tìm kiếm một giải pháp công nghệ đo đạc hiện đại, có khả năng đẩy nhanh tiến độ thu thập dữ liệu nhưng vẫn đảm bảo tuyệt đối các yêu cầu kỹ thuật khắt khe của hệ thống địa chính quốc gia.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu, thử nghiệm quy trình công nghệ ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV) trong thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1000 đối với đất sản xuất nông nghiệp tại khu vực cánh đồng phía Bắc phường Minh Khai. Nghiên cứu được triển khai thực địa trong giai đoạn 2017 - 2018 trên phạm vi diện tích 51,57 ha. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài được khẳng định qua việc hoàn thiện 03 tờ bản đồ địa chính chính quy với 1159 thửa đất nông nghiệp từ 971 bức ảnh bay chụp đạt độ phân giải mặt đất 4,4 cm. Kết quả đạt được cung cấp cơ sở dữ liệu không gian chuẩn xác cho địa phương, đồng thời mở ra hướng đi đột phá cho ngành trắc địa - bản đồ trong kỷ nguyên số hóa quản lý tài nguyên đất đai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết đo ảnh hàng không khoảng cách gần kết hợp công nghệ xử lý ảnh theo nguyên lý cấu trúc từ chuyển động (Structure from Motion - SfM). Cơ sở pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật của đề tài dựa trên Luật Đất đai năm 2013, Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định về bản đồ địa chính, Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC hướng dẫn áp dụng hệ tọa độ VN-2000 và Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9401:2012 về đo lưới địa chính bằng công nghệ GPS.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi bao gồm:

• Bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1000: Bản đồ địa chính tỷ lệ lớn phản ánh chính xác ranh giới, diện tích, mục đích sử dụng đất của từng thửa đất theo đơn vị hành chính phường, xã.
• Thiết bị bay không người lái (UAV): Phương tiện bay tự hành tầm thấp mang cảm biến quang học độ phân giải cao, được định vị và dẫn đường bằng hệ thống vệ tinh GNSS/GPS.
• Bình đồ ảnh trực giao (Orthomosaic): Tập hợp các bức ảnh đơn được nắn chỉnh hình học, loại bỏ hoàn toàn biến dạng do góc nghiêng và độ cao địa hình, gắn chuẩn hệ tọa độ quốc gia VN-2000.
• Điểm khống chế mặt đất (GCPs): Hệ thống mốc tọa độ mặt bằng và độ cao được đo đạc chuẩn xác ngoài thực địa nhằm định hướng không gian và hiệu chỉnh nắn ghép khối ảnh.
• Mô hình số bề mặt (DSM) và mô hình số độ cao (DEM): Dữ liệu không gian 3 chiều tái hiện độ cao tự nhiên của bề mặt địa hình và các vật thể phủ trên mặt đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập toàn diện từ số liệu địa giới hành chính theo Nghị quyết 132/NQ-CP của Chính phủ, tài liệu kiểm kê đất đai phường Minh Khai, hệ thống mốc tọa độ địa chính cơ sở và dữ liệu không ảnh thu nhận trong giai đoạn 2017 - 2018.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 16 điểm lưới khống chế mặt đất được định vị bằng công nghệ GPS tĩnh và 971 tấm ảnh đơn UAV thu nhận từ thiết bị DJI Phantom 4. Phương pháp chọn mẫu điểm khống chế được thiết kế theo mạng lưới phân bố đều khắp diện tích 51,57 ha, ưu tiên bố trí dày tại các vùng biên khu đo và tạo thành các cặp điểm thông hướng. Cấu trúc mạng lưới này cho phép vừa làm mốc nắn chỉnh hình học cho toàn bộ khối ảnh bay chụp, vừa sẵn sàng làm trạm máy phục vụ công tác đo đối soát, đo vẽ bổ sung bằng máy toàn đạc điện tử.

Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích:

• Phương pháp định vị GPS tĩnh với 04 máy thu HUACE GPS-X20 và phần mềm Compass được lựa chọn vì đảm bảo độ chính xác mặt bằng sai số dưới 5 cm, đáp ứng nghiêm ngặt tiêu chuẩn lưới khống chế đo vẽ cấp 2 theo TCVN 9401:2012.
• Phương pháp bình sai và xử lý ảnh tự động bằng phần mềm Pix4Dmapper cho phép tự động tìm kiếm hàng triệu điểm đặc trưng (Keypoints), tối ưu hóa việc liên kết khối ảnh và tái tạo bình đồ ảnh trực giao với độ chính xác hình học cao.
• Phương pháp biên tập trên nền tảng Famis và Microstation đảm bảo tính tương thích tuyệt đối với cấu trúc cơ sở dữ liệu địa chính đang vận hành tại các cơ quan quản lý nhà nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã xây dựng thành công lưới khống chế mặt đất gồm 16 điểm đo GPS tĩnh, liên kết trực tiếp với 03 điểm mốc địa chính cơ sở có sẵn. Quá trình tính toán bình sai trên phần mềm Compass đạt sai số trung phương vị trí điểm nhỏ hơn 5 cm và sai số khép tương đối đạt mức 1/25000, hoàn toàn thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật của lưới khống chế đo vẽ cấp 2 theo quy định hiện hành.

Thứ hai, công tác bay chụp với thiết bị DJI Phantom 4 tại độ cao bay 160 m đã thu nhận 971 bức ảnh đơn với độ phủ dọc đạt trên 70% và độ phủ ngang đạt 60%. Sau quy trình nắn chỉnh và gắn tọa độ VN-2000 trên phần mềm Pix4Dmapper, bình đồ ảnh trực giao đã được thành lập với độ phân giải mặt đất GSD đạt mức 4,4 cm/pixel, hiển thị rõ nét hệ thống bờ ruộng, mương tưới tiêu và ranh giới sử dụng đất.

Thứ ba, việc ứng dụng bình đồ ảnh kết hợp số hóa và đối soát thực địa đã thành lập trọn vẹn 03 tờ bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1000 cho 51,57 ha đất nông nghiệp với tổng cộng 1159 thửa đất. Kết quả kiểm tra ngẫu nhiên trên 10% tổng số thửa đất bằng phương pháp đo toàn đạc và đo khoảng cách trực tiếp cho thấy 100% sai số vị trí điểm ranh giới thửa đều nhỏ hơn hạn sai cho phép là 22,5 cm (theo mức tăng 1,5 lần đối với đất nông nghiệp tại Thông tư 25/2014/TT-BTNMT).

Thứ tư, phân tích định mức kinh tế - kỹ thuật chỉ ra rằng phương pháp UAV giúp cắt giảm khoảng 65% thời gian đo đạc ngoại nghiệp và tiết kiệm hơn 50% số ngày công lao động so với phương pháp đo toàn đạc truyền thống khi thực hiện trên cùng một quy mô diện tích.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả vượt trội của công nghệ UAV bắt nguồn từ khả năng bao quát không gian liên tục, chụp ảnh chi tiết từ trên cao giúp giải quyết triệt để vấn đề cản trở tầm nhìn do hệ thống mương máng, bùn lầy tại các vùng đất sản xuất nông nghiệp. Kết quả thực nghiệm tại Minh Khai hoàn toàn tương đồng với thử nghiệm trước đây của Cục Bản đồ Bộ Tổng Tham mưu tại xã Lai Hạ, huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh năm 2014, chứng minh tính ổn định và khả năng nhân rộng của công nghệ này trên địa hình đồng bằng quang đãng.

Để trực quan hóa các kết quả phân tích, dữ liệu có thể được thể hiện qua bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật (tổng hợp số ngày công, thời gian hoàn thành, chi phí ca máy giữa hai phương pháp) và biểu đồ phân bố tần suất sai số kiểm tra thực địa (minh họa các giá trị sai số vị trí điểm tập trung chủ yếu trong khoảng từ 4 cm đến 18 cm, không có sai số vượt ngưỡng giới hạn).

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng làm rõ giới hạn vật lý của công nghệ ảnh bay chụp: tại những vị trí ranh giới thửa bị che khuất bởi lùm cây rậm rạp hoặc các công trình tạm, hình ảnh trực giao không thể hiện rõ chân đường ranh. Do đó, mô hình kết hợp tối ưu trong thực tiễn là sử dụng UAV làm phương pháp chủ lực để thu thập 85% đến 90% khối lượng dữ liệu, sau đó kết hợp máy toàn đạc điện tử để đo vẽ bổ sung 10% đến 15% các điểm ranh giới ẩn khuất.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, Hoàn thiện thể chế và định mức kinh tế - kỹ thuật: Kiến nghị Bộ Tài nguyên và Môi trường sớm bổ sung công nghệ bay chụp UAV vào danh mục các phương pháp đo đạc chính thống trong Thông tư 25, đồng thời ban hành khung định mức đơn giá cụ thể cho công tác đo đạc địa chính bằng UAV trong giai đoạn 2020 - 2025.

Thứ hai, Chuẩn hóa quy trình thiết kế bay và kiểm soát chất lượng: Các đơn vị tư vấn đo đạc cần duy trì độ phủ dọc ảnh tối thiểu 75%, độ phủ ngang 60% và kiểm soát độ cao bay chụp dưới 180 m để bảo đảm độ phân giải mặt đất GSD luôn đạt dưới 5 cm/pixel. Đồng thời, cần bố trí mật độ điểm khống chế mặt đất từ 12 đến 16 điểm trên mỗi 50 ha nhằm khống chế sai số bình đồ ảnh dưới mức 10 cm.

Thứ ba, Đầu tư hiện đại hóa trang thiết bị bay và phần mềm: Các doanh nghiệp trắc địa nên đầu tư các dòng UAV chuyên dụng trang bị công nghệ định vị vệ tinh thời gian thực (RTK) hoặc hậu xử lý vi sai (PPK) nhằm giảm bớt 60% số lượng mốc khống chế mặt đất cần đo tĩnh, kết hợp ứng dụng các phần mềm xử lý ảnh chuyên sâu như Pix4Dmapper trong lộ trình từ 1 đến 2 năm.

Thứ tư, Đào tạo và nâng cao năng lực đội ngũ chuyên môn: Ủy ban nhân dân các quận, huyện và cơ quan tài nguyên môi trường cần tổ chức các lớp tập huấn kỹ thuật xử lý dữ liệu viễn thám UAV cho cán bộ địa chính cấp cơ sở với thời lượng 6 đến 12 tháng, nhằm nâng cao năng lực giám sát, thẩm định và nghiệm thu hồ sơ bản đồ số.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, Cán bộ quản lý đất đai và công chức địa chính cấp phường, xã, quận, huyện: Tài liệu cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá độ tin cậy của bản đồ địa chính thành lập bằng công nghệ mới, hỗ trợ hiệu quả công tác cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất và cập nhật biến động địa chính.

Thứ hai, Kỹ sư trắc địa, chuyên viên viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS): Luận văn mang lại quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh, chi tiết từ bước thiết kế mạng lưới GPS tĩnh, tính toán thông số bay chụp, xử lý ảnh SfM trên Pix4Dmapper đến số hóa ranh thửa trên Microstation.

Thứ ba, Lãnh đạo các công ty tư vấn đo đạc và khảo sát địa hình: Nghiên cứu cung cấp số liệu thực chứng về định mức tiêu hao nhân lực, thời gian thi công và chi phí đầu tư, giúp doanh nghiệp xây dựng phương án kinh doanh và đổi mới công nghệ khả thi.

Thứ tư, Giảng viên, nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý đất đai, Trắc địa: Công trình là tài liệu tham khảo học thuật giá trị, kết hợp hài hòa giữa cơ sở lý luận viễn thám tầm thấp và ứng dụng thực tiễn trong ngành quản lý tài nguyên.

Câu hỏi thường gặp

1. Độ chính xác của bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1000 thành lập bằng UAV có đáp ứng Thông tư 25/2014/TT-BTNMT không? Có. Kết quả kiểm tra đối soát trên 51,57 ha đất nông nghiệp phường Minh Khai cho thấy toàn bộ sai số vị trí điểm ranh giới đều nhỏ hơn hạn sai cho phép 22,5 cm. Bình đồ ảnh đạt độ phân giải mặt đất GSD 4,4 cm/pixel, đáp ứng trọn vẹn các yêu cầu kỹ thuật của bản đồ địa chính chính quy.

2. Công nghệ UAV thích hợp nhất với những loại đất nào trong đo vẽ địa chính? UAV phát huy hiệu quả tối đa trên khu vực đất sản xuất nông nghiệp, đất nuôi trồng thủy sản và các vùng đất trống có mặt bằng quang đãng. Phương pháp này giảm hiệu quả tại vùng đất lâm nghiệp có tán rừng rậm rạp và không phù hợp với khu đất ở đô thị có mật độ ngõ ngách, mái che dày đặc.

3. Mức độ tiết kiệm thời gian và nhân lực của UAV so với máy toàn đạc ra sao? Thực nghiệm chứng minh công nghệ UAV giúp giảm khoảng 65% thời gian đo đạc ngoại nghiệp và cắt giảm trên 50% số ngày công lao động. Khối lượng bay chụp 971 bức ảnh chỉ tiêu tốn vài ca bay ngắn, thay vì mất hàng tháng đo đạc thủ công ngoài trời.

4. Cần bố trí bao nhiêu điểm khống chế mặt đất (GCPs) cho khu vực bay chụp khoảng 50 ha? Đề tài đã thiết kế và đo đạc 16 điểm GPS tĩnh rải đều khu đo, đạt mật độ trung bình khoảng 3,2 ha trên một điểm khống chế. Mạng lưới này đảm bảo độ chính xác bình sai tọa độ đạt cấp 2 và cung cấp đủ điểm tựa cho công tác nắn chỉnh khối ảnh.

5. Luận văn sử dụng những phần mềm chuyên dụng nào trong toàn bộ quy trình? Quy trình kỹ thuật sử dụng phần mềm Compass để bình sai lưới GPS tĩnh, Pix4Dcapture để thiết lập lộ trình bay, Pix4Dmapper để ghép nắn ảnh tự động tạo bình đồ trực giao, phần mềm AutoCAD để số hóa và Famis trên nền Microstation để biên tập bản đồ địa chính.

Kết luận

• Đề tài đã xây dựng và kiểm chứng thành công quy trình ứng dụng công nghệ UAV để thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1000 trên diện tích 51,57 ha đất nông nghiệp tại phường Minh Khai, quận Bắc Từ Liêm.
• Hoàn thành xuất sắc 03 tờ bản đồ địa chính chính quy quản lý 1159 thửa đất với độ chính xác đạt 100% yêu cầu kỹ thuật theo quy định tại Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT.
• Chứng minh tính ưu việt vượt trội của công nghệ UAV khi giúp giảm hơn 65% thời gian tác nghiệp thực địa và tiết kiệm trên 50% chi phí nhân công so với phương pháp đo toàn đạc truyền thống.
• Đề xuất lộ trình tiếp theo giai đoạn 2018 - 2020 cần tích hợp công nghệ định vị động RTK/PPK trên UAV và mở rộng thử nghiệm trên các dạng địa hình phức tạp hơn.
• Khuyến khích các cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp trắc địa chủ động tiếp cận, đầu tư và chuẩn hóa công nghệ UAV nhằm thúc đẩy tiến trình chuyển đổi số trong công tác quản lý đất đai quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UAV THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH PHƯỜNG MINH KHAI, QUẬN BẮC TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành: Quản lý đất đai Mã số: 8850103 Người hướng dẫn khoa học: 1. Trần Quốc Vinh NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2018 c LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Việt Hùng i c LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Minh Ý và PGS. Trần Quốc Vinh đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Hệ thống thông tin đất đai, Khoa Quản lý đất đai – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ công chức, viên chức phường Minh Khai, quận Bắc Từ Liêm, thành phố Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Việt Hùng ii c MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục.

iii Danh mục chữ viết tắt. v Danh mục bảng. vi Danh mục sơ đồ, hình. vii Trích yếu luận văn.

viii Thesis abstract. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.

Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Tổng quan tài liệu. Bản đồ địa chính. Khái niệm bản đồ địa chính.

Nội dung bản đồ địa chính. Mục đích, vai trò của bản đồ địa chính. Quy trình thành lập bản đồ địa chính. Quy chuẩn kỹ thuật bản đồ địa chính.

Các phương pháp thành lập bản đồ địa chính tại Việt Nam. Ưu nhược điểm các phương pháp đo đạc bản đồ địa chính. Công nghệ ảnh máy bay không người lái (UAV). Tổng quan về công nghệ ảnh hàng không.

Khái niệm UAV. Ứng dụng thực tiễn của UAV. Thành lập bản đồ địa chính bằng công nghệ UAV. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.

Địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu. Đối tượng, vật liệu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.

Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của phường Minh Khai, quận Bắc Từ Liêm. Ứng dụng công nghệ ảnh UAV thành lập bản đồ địa chính. Đánh giá hiệu quả và so sánh với phương pháp truyền thống. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp thu thập số liệu. Phương pháp xây dựng lưới khống chế bằng công nghệ GPS. Phương pháp bay chụp. Phương pháp lập bình đồ ảnh.

Phương pháp số hóa, biên tập bản đồ. Phương pháp đối soát, đo đạc bổ sung thực địa, kiểm tra, đánh giá độ chính xác bản đồ. Phương pháp so sánh. Kết quả và thảo luận.

Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội phường Minh Khai. Điều kiện tự nhiên. Điều kiện kinh tế xã hội. Tình hình quản lý, sử dụng đất.

Ứng dụng công nghệ ảnh uav thành lập bản đồ địa chính. Khảo sát thực địa, xây dựng lưới khống chế ảnh. Thiết kế bay, bay chụp và xử lý ảnh. Số hóa ảnh, hoàn thiện đo đạc và biên tập bản đồ địa chính.

Đánh giá hiệu quả và so sánh với phương pháp truyền thống. Kiểm tra thực địa, đánh giá độ chính xác. So sánh phương pháp sử dụng công nghệ UAV và phương pháp đo toàn đạc truyền thống. Đánh giá hiệu quả ứng dụng công nghệ UAV thành lập bản đồ địa chính.

Kết luận và kiến nghị. 73 Tài liệu tham khảo. 74 iv c DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt GCN Giấy chứng nhận GCNQSDĐ Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất KC Khống chế TDP Tổ dân phố UBND Uỷ ban nhân dân CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao DSM Digital Surface Model Mô hình số bề mặt GCPs ground control points Điểm khống chế mặt đất GNSS Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh định vị toàn System cầu GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu RTK Real Time Kinematic Đo động thời gian thực UAV Unmaned Aerial Vehicle Máy bay không người lái v c DANH MỤC BẢNG Bảng 2. Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới địa chính.

Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới khống chế đo vẽ. Bảng tổng hợp số liệu diện tích đất đai theo mục đích sử dụng đất. Bảng tọa độ các điểm lưới địa chính cơ sở được sử dụng. Bảng phân công vị trí trạm đo theo thứ tự ca đo.

Kết quả tọa độ lưới khống chế đo vẽ sau bình sai. Các thông tin và thông số kỹ thuật bay chụp khu vực cánh đồng phía Bắc phường Minh Khai. Bảng thống kê tổng hợp số thửa, diện tích, loại đất các tờ bản đồ. So sánh hiệu quả giữa 2 phương pháp UAV và toàn đạc.

So sánh giá đầu tư mua thiết bị UAV và máy toàn đạc. 68 vi c DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH Sơ đồ 2. Các bước thành lập bản đồ địa chính. Các tuyến bay chụp ảnh kề nhau và độ phủ của ảnh.

Mối liên hệ giữa chiều cao bay và thông số kỹ thuật máy ảnh. Mỗi liên hệ giữa tốc độ chụp và độ phủ ảnh. Sơ đồ địa giới hành chính phường Minh Khai. Khu vực đo vẽ và biên tập bản đồ 1/1000 (ảnh Googlemap).

Sơ đồ thiết kế lưới và chia ca đo GPS. Lựa chọn loại UAV sử dụng bay chụp (Phantom 4). Thiết kế chuyến bay số 01 với các thông số được hiển thị trên màn hình. Ảnh chụp UAV chứa điểm khống chế GPS05.

Nhập các file ảnh đã bay chụp để phần mềm nhận diện. Chích điểm khống chế GPS05 tại ảnh số hiệu DJI_0045. Xử lý ảnh tự động bằng phần mềm Pix4Dmapper. Bình đồ ảnh khu vực bay chụp.

Thực hiện số hóa bản đồ trên bình đồ ảnh. Khu vực cần đối soát, đo đạc bổ sung trên thực địa. Bản đồ trước và sau khi tiến hành đối soát, đo đạc bổ sung. Xử lý, biên tập bản đồ bằng Famis trên nền Microstation.

Khu vực đo đạc thử nghiệm bằng máy toàn đạc. 66 vii c TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Nguyễn Việt Hùng Tên Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ UAV thành lập bản đồ địa chính phường Minh Khai, quận Bắc Từ Liêm, thành phố Hà Nội. Ngành: Quản lý đất đai Mã số: 8.03 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, thử nghiệm ứng dụng công nghệ UAV thành lập bản đồ địa chính đối với khu đất nông nghiệp tỷ lệ 1/1000. Đánh giá độ chính xác bản đồ và so sánh với phương pháp truyền thống, đề xuất hướng cải thiện phương pháp, phát triển công nghệ đo đạc địa chính.

Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các tài liệu, số liệu về điều kiện tự nhiên, tình hình phát triển kinh tế - xã hội, tình trạng quản lý và sử dụng đất của phường Minh Khai. Phương pháp lập lưới khống chế: Khảo sát thực địa, thiết kế các cặp điểm GPS thông hướng, rải đều khu vực đo vẽ, phục vụ khống chể ảnh và đo đạc bổ sung thực địa. Sử dụng phần mềm Compass, xử lý kết quả đo lưới khống chế theo đúng quy định Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9401:2012. Phương pháp bay chụp: Thiết kế tuyến bay và bay chụp khu vực nghiên cứu, sử dụng thiết bị UAV DJI Phantom 4.

Phương pháp lập bình đồ ảnh: Từ kết quả ảnh bay chụp UAV, tiến hành xử lý xoay, nắn, ghép ảnh, gắn hệ tọa độ. để tạo ra bình đồ ảnh bằng phần mềm. Phương pháp số hóa, biên tập bản đồ: Số hóa bản đồ trên bình đồ ảnh trực giao, biên tập bản đồ địa chính theo đúng quy phạm quy định trong Thông tư số 25/2014/TT- BTNMT của Bộ Tài nguyên & Môi trường ban hành. Phương pháp đối soát, đo đạc bổ sung thực địa, kiểm tra, đánh giá độ chính xác bản đồ: đối soát thực địa để xác minh thông tin trên bản đồ đã số hóa về ranh thửa và mục đích sử dụng đất hiện trạng; đo vẽ bổ sung hoàn thiện bản đồ; kéo thước trực tiếp và đo bằng máy toàn đạc một số điểm để kiểm tra độ chính xác và đánh giá sai số bản đồ.

Phương pháp so sánh: Căn cứ chỉ tiêu về thời gian thi công và nhân lực (ngày công tiêu thụ) để so sánh giữa phương pháp đo đạc bằng ảnh UAV và đo máy toàn đạc truyền thống, từ đó đưa ra kết luận, đánh giá sau cùng. viii c Kết quả chính và kết luận Với địa hình tương đối bằng phẳng, thuận tiện giao thông và một diện tích đất nông nghiệp khá lớn, đa dạng mục đích sử dụng, phường Minh Khai có điều kiện thuận lợi cho phát triền kinh tế - xã hội và là địa bàn lý tưởng cho công tác nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng công nghệ UAV thành lập bản đồ địa chính đối với đất sản xuất nông nghiệp. Công tác xây dựng lưới khống chế mặt đất: 16 điểm lưới khống chế đo bằng công nghệ GPS tĩnh, được bình sai tính toán tọa độ và biên tập kết quả bằng phần mềm chuyên dụng. Kết quả sai số đều nằm trong hạn sai cho phép, kết quả lưới khống chế đạt yêu cầu.