MỞ ĐẦU 1. Sw cân thiết của dé tài Dé quan sát một khu vực của bê mặt trái dat, trong các hoạt động giám sát, người ta có thé sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh hàng không (bay chụp bằng máy bay có người lái), tuy nhiên hiệu quả của phương pháp này không cao khi áp dụng cho khu vực nhỏ hẹp, vì chi phí cho một lần bay lớn, độ chính xác và độ phân giải không gian thấp, trong khi phạm vi khu vực cân quan sát nhỏ hep và can độ chính xác, độ phân giải không gian cao. Với hệ thông UAV (thiết bị bay không người lái) có thể bay chụp ở độ cao tối đa đến 300m, hình ảnh thu rõ nét, tạo ra sản phầm bình đô ảnh trực giao có độ chính xác và độ phân giải không gian cao, trong khi chi phí bay thấp. Mặt khác hệ thống nhỏ gọn, hoạt động ôn định và linh hoạt kế cả trong khu vực nhỏ hẹp.
Do đó ứng dụng hệ thống UAV trong hoạt động giám sát tiễn độ thi công công trình, giám sát rừng, giám sát sông, kênh rạch,. cho phạm vi nhỏ là giải pháp tối ưu.guon: http://www.jp/ Height + Satellite 800 km 500 km -ALOS/PRISM, PALSAR Airplane - Terra‘ASTER 1000 m =e Be | 300m (ae- Small UAV lens reflex Pics: eet SỐ) camera 150m 10m —TM 100 cm 5-100 cm 1-10 cm Spatial resolution Hình 1. Biểu diễn mỗi twong quan giữa độ cao bay va độ phân giải không gian của các hệ thong bay chụp HVTH: NGUYÊN HỮU NHẬT CBHD: PGS. LE TRUNG CHƠN MSHV: 13100998 Luận Văn Thạc Sĩ 2 Dự án tuyến metro số 1 Bến Thành — Suối Tiên TP.HCM, với ga bảo tri (Depot) có diện tích 27,7 ha, toàn bộ tuyến trên cao dài 17,1 km và tuyến ngầm dài 2,6km [1].
Toàn bộ công trình có nhiều hạng mục khác nhau với nhiều đơn vị thi công khác nhau. Vì vậy một vấn đề đã được chủ đầu tư và nhà thầu chính đặt ra là làm thế nào để theo dõi và giám sát tiến độ thi công công trình của từng hạng mục của từng đơn vị thi công và của cả dự án một cách trực quan và bao quát theo thời gian băng không ảnh có độ phân giải cao dưới Sem, độ phủ ngang của ảnh theo chiều dài tuyến là 80m. Đồng thời tạo công cụ hỗ trợ quản lý và khai thác dữ liệu không ảnh, cung cấp nhanh chóng và chính xác thông tin, hình ảnh theo yêu cau. Trước các yêu cầu của nhà thầu chính, trong khi khu vực có tuyến metro số 1 đi qua là khu vực đô thị, đông dân cư và phương tiện giao thông đông đúc thì việc ứng dụng hệ thống máy bay có người lái để bay chụp không ảnh là không khả thi và ứng dụng các UAV cần đường băng dé cất/hạ cánh là không hiệu quả và khó thực hiện.
Từ điều kiện và nhu cầu thực tế đó, được nhà thầu chính (SCC) đặt hàng trực tiếp, Trung tâm Địa Tin Học - DHQG.HCM (noi học viên hiện đang công tác) đã ứng dụng hệ thông UAV Falcon 8 dé bay chụp không ảnh từ độ cao 100m, với độ phân giải không gian đạt dưới 3cm cho ga bảo trì có diện tích 27,7 ha và toàn bộ tuyến trên cao dài 17,1 km với độ phủ ngang dọc tuyến là 120m đã đáp ứng được yêu câu của chủ dau tư và nhà thâu chính đặt ra. Học viên với vai trò là người thực hiện chính cho việc chụp không ảnh băng UAV và tham gia xử lý ảnh cho toàn bộ dự án tuyến metro số 1, ghi nhận trong quá trình thực hiện vẫn còn nhiều van đề cần làm rõ thêm như: độ chính xác vi trí của các đối tượng trên ảnh sau xử lý, độ phân giải không gian thay đổi khi độ cao bay thay đổi, đánh giá so sánh với sản phẩm của công nghệ LiDAR. để từ đó có thé mở rộng ứng dụng hệ thông UAV cho các lĩnh vực khác với các mục đích khác nhau. Nhăm tiếp tục phát triển mở rộng việc ứng dụng UAV trong các lĩnh vực khác, việc nghiên cứu để dua ra những đánh giá so sánh có cơ sở khoa học là điều cần thiết, để từ đó vận hành hệ thống UAV trong hoạt động thực tiễn đảm bảo được sự HVTH: NGUYÊN HỮU NHẬT CBHD: PGS.
LE TRUNG CHƠN MSHV: 13100998 Luận Văn Thạc Sĩ 3 an toàn và đạt hiệu quả cao, cũng như việc xử lý ảnh sau khi bay chụp đạt được độ chính xác tốt nhất. Với điều kiện và thực tế đó, luận văn được thực hiện với đề tài: “Ung dung thiết bi bay không người lái (UAV) trong giám sát tiễn độ thi công công trình tuyến metro Bến Thành — Suối Tiên”. Đề tài là một ứng dụng mới cần được nghiên cứu và phát triển mở rộng trong tương lai với nhiều ứng dụng khác nhau cho nhiều lĩnh vực. Kết quả đạt được giúp làm chủ công nghệ mới trong việc tạo ảnh độ phân giải cao, đa thời gian nhằm cung cấp nhanh thông tin hỗ trợ công tác quản lý, theo dõi và giám sát cho các mục đích khác nhau, góp phan phát triển kinh tế-xã hội.
Mục tiêu nghiên cứu + Mục tiêu tổng quái: Ứng dụng thiết bi bay không người lái (UAV) trong giám sát tiến độ thi công công trình tuyến metro Bến Thành — Suối Tiên. + Mục tiêu cụ thể: —_ Xây dựng quy trình vận hành và khai thác hệ thống UAV trong việc chụp không ảnh phục vụ giám sát tiến độ thi công công trình tuyến Metro. — _ Xử lý ảnh sau bay chụp. — anh giá độ chính xác mặt bang và độ cao của sản phẩm sau xử lý.
— Đánh giá so sánh các sản phẩm ảnh sau xử lý từ hệ thong UAV với dữ liệu LiDAR của cùng khu vực và cùng thời điểm. — _ Xây dựng phan mém theo dõi tiễn độ thi công công trình tuyến metro số 1 dựa vào ảnh đã xử lý. Nội dung nghiên cứu 1) Xây dựng quy trình vận hành và khai thác hệ thông UAV Falcon 8. 2) Str dụng phần mềm Pix4Dmapper xử lý ảnh sau khi bay chụp để tạo ra sản phẩm ảnh trực giao, mô hình DSM và xây dựng hiển thị mô hình 3D.
Trong HVTH: NGUYÊN HỮU NHẬT CBHD: PGS. LE TRUNG CHƠN MSHV: 13100998 Luận Văn Thạc Sĩ 4 quá trình xu lý có sử dụng các điểm khong chế mặt đất (GCPs) và thuật toán năn chỉnh ảnh trực giao để tăng độ chính xác cho sản phẩm. 3) Đánh giá độ chính xác mặt bằng của sản phẩm sau xử lý. Sử dụng các điểm khong chế hang 4 và cấp đường chuyên được bố trí dọc 2 bên tuyến metro dé làm cơ sở đánh giá độ chính xác mặt bằng của sản phẩm ảnh sau xử lý.
4) Đánh giá so sánh các sản phẩm ảnh sau xử lý từ hệ thong UAV Falcon 8 khi bay chụp từ độ cao 100m với dữ liệu LIDAR của cùng khu vực và cùng thời điểm về độ chính xác độ cao. 5) Sử dụng ngôn ngữ .Ner để xây dựng phần mềm theo dõi tiễn độ thi công công trình. Phần mềm có các chức năng chính như: tìm kiếm và hién thị hình ảnh theo vi trí, thời gian và tên cua đơn vi thi công, cập nhật thông tin thuộc tính. 6) Đánh giá khả năng phát triển mở rộng ứng dụng cho các lĩnh vực khác, như: nồng nghiệp, giao thông, đô thị, thành lập bản đồ.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - Nghiên cứu hệ thống UAV Falcon 8 dé đưa ra quy trình vận hành và khai thác hệ thống trong việc bay chụp thu nhận ảnh độ phân giải cao cho tuyến metro số 1. - Phần mềm Pix4Dmapper trong việc xử lý ảnh bay chụp tạo anh trực giao và mô hình DSM, mồ hình 3D. - _ Thuật toán nan chuyển tọa độ được sử dụng nan chỉnh ảnh trực giao nham tăng độ chính xác. — Xây dựng công cụ hỗ trợ theo dõi tiễn độ thi công công trình tuyến metro số 1 bằng không ảnh.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn như sau: — Khu vực nghiên cứu: Dự án tuyến metro số 1 Bến Thành — Suối Tiên TP.HCM, với ga bao trì (Depot) có diện tích 27,7 ha và toàn bộ tuyến trên cao dai 17,1 km. HVTH: NGUYÊN HỮU NHẬT CBHD: PGS. LE TRUNG CHƠN MSHV: 13100998 Luận Văn Thạc Sĩ 5 -_ Hệ thống UAV sử dụng: Hệ thong Falcon 8 của công ty Ascending Technologies (Duc). — Phan mêm sử dung: ‹ Sit dụng phần mềm AscTec AutoPilot Control dé thiết kế, điều khiến và thực hiện bay chụp với Falcon 8.
‹ - Sử dụng phần mềm Pix4Dmapper dé xử lý ảnh sau bay chụp. ¢ - Sử dụng phần mềm ArcGIS dé chuyển đổi về hệ tọa độ VN2000, trình bày bản đô, hién thị và xuất các sản phẩm ảnh sau xử lý. ¢ St dụng ngôn ngữ .We để xây dựng phần mềm theo dõi tiến độ thi công công trình. — Dit liệu su dụng: ¢ Toa độ của các điểm khống chế hạng IV va cấp đường chuyên được bố trí dọc tuyến metro số 1 do nhà thầu chính cung cấp.
¢ - Dữ liệu CAD do nhà thâu chính cung cấp, bao gồm khu ga bảo tri, các trạm dừng, vi trí các trụ, giới hạn phạm vi của tuyến metro số 1. ¢ Dé liệu LiDAR khu vực cầu vượt Tram 2, phường Linh Trung, quận Thủ Đức. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4 Ýnghĩa khoa học — Để tài mở ra một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực không ảnh: nghiên cứu ứng dụng hệ thông UAV trong việc thu nhận ảnh độ phân giải cao. — Nghiên cứu xử lý ảnh bay chụp tạo sản phẩm ảnh trực giao, mô hình DSM, mô hình 3.
— Để tai dé xuất giải pháp sử dụng thuật toán biến doi Helmert dé chuyển hệ tọa độ tờ ảnh trực giao về hệ tọa độ địa phương thông qua các điểm khong ché mat dat. — Để xuất quy trình ứng dụng công nghệ UAV trong theo dõi tiến độ thi công công trình xây dựng bằng không ảnh. HVTH: NGUYÊN HỮU NHẬT CBHD: PGS. LE TRUNG CHƠN MSHV: 13100998 Luận Văn Thạc Sĩ 6 — Kết quả đạt được giúp làm chủ công nghệ mới trong việc tạo ảnh độ phân giải cao, đa thời gian nhằm cung cấp nhanh thông tin hỗ trợ công tác quản lý, theo dõi và giám sát và cho các mục đích khác nhau.
4 Ý nghĩa thực tiễn — Đề tài đưa ra một hướng ứng dụng mới trong các hoạt động như: khảo sát địa hình, giám sát môi trường, đô thị, giám sát sạt lở/lắn chiếm bờ sông, kênh rach, theo dõi tiễn độ thi công công trình. — Kết quả của dé tai được ứng dụng cho việc giám sát tiễn độ thi công công trình tuyến metro số 1 Bến Thành — Suối Tiên của TP.