Đề tài: Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập bản đồ 3D ở đô thị, 9đ

1
L I CAM OAN
Tôi xin cam oan ây là công trình nghiên c u c a riêng tôi, các s li u là
trung th c và ch a t ng c công b trong các công trình khác.
Tác gi lu n v n
ng Thanh Tùng

2
M C L C
M c l c: .....................................................................................................................2
Danh m c ch vi t t t: ................................................................................................4
Danh m c hình nh: ....................................................................................................5
Danh m c b ng bi u: ..................................................................................................6
M U............................................................................................................ 7
1. Tính c p thi t c a tài............................................................................... 7
2. M c tiêu và n i dung nghiên c u ................................................................ 8
3. C u trúc c a lu n v n .................................................................................. 9
CH NG 1 .........................................................................................................
C S LÝ LU N VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U................................... 10
1.1. C s lý thuy t c a công ngh Lidar...................................................... 10
1.1.1. C u trúc h th ng Lidar.............................................................................................. 10
1.1.2. Nguyên lý ho t ng c a Lidar................................................................................... 11
1.1.3. C s toán h c xác nh t a c a i m Lidar........................................................... 12
1.1.4. chính xác xác nh v trí i m Lidar...................................................................... 15
1.2. Kh n ng ng d ng Lidar và b n 3D................................................ 18
1.2..2 ng d ng trong công tác kh o sát, thi t k , giám sát công trình.......................................... 19
1.2.3. ng d ng trong công tác thi t k , quy ho ch, phát tri n ô th .................................... 19
1.2.4. ng d ng trong quân s ............................................................................................. 20
1.2.5. ng d ng trong du l ch............................................................................................... 20
1.3. Các v n c b n v b n 3D............................................................. 20
1.3.1. Các khái ni m c b n ................................................................................................. 20
1.3.2. Kh n ng ng d ng d li u Lidar trong thành l p b n 3D ...................................... 22
1.3.3. Các ph ng pháp nghiên c u thành l p b n 3D............................. 22
a. Ph ng pháp Lidar........................................................................................................... 23
b. Ph ng pháp o v tr c ti p th c a ............................................................................... 25
c. Ph ng pháp do v nh hàng không ................................................................................. 26
d. Ph ng pháp b n a hình, a chính........................................................................... 27
e. Thành l p b n a hình 3D t các ngu n nh vi n thám khác ....................................... 28
f. Ph ng pháp Radar m t ng h p giao thoa (IFSAR - InterFerometric Synthetic Aperture
Radar).................................................................................................................................. 29
CH NG 2 ..................................................................................................... 31
QUY TRÌNH NG D NG CÔNG NGH LIDAR THÀNH L P B N 3D .. 31
2.1. X lý d li u Lidar.................................................................................. 31
2.1.1. Chi t tách các thông tin v a hình và a v t (phân t ng cao d li u Lidar tách b
m t a hình th c và b m t a v t)..................................................................................... 32
2.1.2. Nh n d ng, tái l p mô hình các công trình xây d ng................................................... 36
a. Tìm ki m, nh n d ng các công trình xây d ng.................................................................. 38
b. Tái l p các công trình xây d ng trên b n 3D................................................................ 40

3
2.2. Ph ng pháp hi n th các i t ng trên b n 3D............................. 42
2.2.1. Ph ng pháp hi n th các i t ng 3D...................................................................... 42
2.2.2. Mô hình s a hình.................................................................................................... 43
2.2.3. Các i t ng a hình 3D.......................................................................................... 45
2.2.4. Phân tích và l a ch n m c chi ti t cho các i t ng hi n th 3D.................................. 46
CH NG 3 ..................................................................................................... 49
NG D NG CÔNG NGH LIDAR .....................................................................
THÀNH L P B N 3D THÀNH PH B C GIANG.................................... 49
3.1. Khái quát chung v khu v c th nghi m, h th ng máy quét Lidar.... 49
3.2. Công tác chu n b , bay quét và x lý d li u Lidar............................... 53
3.2.1. Công tác chu n b ....................................................................................................... 53
3.2.2. Bay quét Lidar............................................................................................................ 53
3.2.3. X lý d li u Lidar..................................................................................................... 56
3.2.4. Xây d ng mô hình 3D khu v c th nghi m ................................................................ 61
d. Th hi n các i t ng khác trên b n .......................................................................... 67
- Thu h và các i t ng liên quan.................................................................................... 67
- Giao thông và các i t ng liên quan............................................................................... 68
- Các i t ng kinh t , v n hoá xã h i ................................................................................ 69
- Dáng t, ch t t.............................................................................................................. 70
- Th c v t ............................................................................................................................ 71
- Ranh gi i........................................................................................................................... 73
- Ghi chú.............................................................................................................................. 73
3.3. ánh giá k t qu s n ph m..................................................................... 74
3.3.1. ánh giá chính xác ................................................................................................ 74
3.3.2. So sánh v i m t s ph ng pháp ................................................................................ 74
3.3.3. ánh giá kh n ng ng d ng và hi u qu : ................................................................. 76
Trang b công ngh Lidar giúp chúng ta ti p c n v i công ngh tiên ti n
trên th gi i, góp ph n nâng cao c trình khoa h c công ngh trong
l nh v c o c và b n . ............................................................................. 77
K T LU N VÀ KI N NGH ............................................................................. 79
TÀI LI U THAM KH O .................................................................................. 82
PH L C ........................................................................................................ 83

4
DANH M C CÁC CH VI T T T
Tên vi t v t Ngh a ti ng Anh Ngh a ti ng Vi t
LIDAR
Light Detection And
Ranging
Công ngh o Laser
IMU Inertial Measurement Unit Thi t b xác nh quán tính
DTM Digital Terrain Model Mô hình s a hình
DEM Digital Elevation Model Mô hình s cao
DSM Digital Surface Model Mô hình s b m t
GIS
Geographic Information
System
H th ng thông tin a lý
GPS Global Positioning System H th ng nh v toàn c u
GRID
C u trúc l i u c a mô
hình s cao
TIN
Triangulated Irregular
Network
C u trúc m ng tam giác
không u c a mô hình s
cao
LoD Level of Detail C p chi ti t
IFSAR
InterFerometric Synthetic
Aperture Radar:
Radar m t ng h p
giao thoa
2D Two Dimensions Hai chi u
3D Three Dimensions Ba chi u
3D City Model Mô hình thành ph 3D
Photorealistic nh th c
Symbolised Ký hi u hoá
Intensity nh c ng xám
MicroRelief Vi a hình
MultiLoD Multiple Level of Detail a c p chi ti t

5
DANH M C HÌNH NH
Hình 1.1: T ng quan h th ng bay quét Lidar.................................................. 11
Hình 1.2: C s toán h c xác nh v trí i m Lidar......................................... 13
Hình 1.3 B n a hình 3D............................................................................ 19
Hình 1.4 B n 3D khu v c ô th ................................................................. 20
Hình 1.5 Mô hình 3D khu v c ô th t d li u Lidar....................................... 25
Hình 1.6 Mô hình 3D c xây d ng t d li u o tr c ti p t i th c a.......... 26
Hình 1.7 B n 3D thành l p t ph ng pháp nh hàng không..................... 27
Hình 1.8 Mô hình 3D thành l p t b n a chính ........................................ 28
Hình 1.9 Mô hình 3D s d ng nh vi n thám ................................................... 29
Hình 2.1 D li u t p h p i m Lidar................................................................ 32
Hình 2.2 Phân lo i các i m Lidar gi a a hình và a v t ............................ 34
Hình 2.3 Phân lo i các i m Lidar gi a a hình và a v t ............................ 35
Hình 2.4 K t qu phân lo i, t o mô hình s b m t và mô hình s a hình ..... 36
Hình 2.5Ttìm ki m, nh n d ng công trình xây d ng......................................... 40
Hình 2.6 Xác nh ranh gi i công trình xây d ng............................................. 41
Hình 2.7 Xây d ng mô hình 3D c a các công trình xây d ng........................... 41
Hình 2.8: Mô t mô hình s a hình và các i t ng trên nó......................... 42
Hình 2.9 Mô t nhà trong b n 3D c hi n th m t cách n gi n trên n n
mô hình s a hình.......................................................................................... 46
Hình 2.10 C p chi ti t LoD i v i các i t ng nhà, kh i nhà................. 48
Hình 3.1 S tuy n bay quét Lidar khu v c thành ph B c Giang................. 56

6
DANH M C B NG BI U
S 2.1: S quy trình x lý d li u Lidar l p b n 3D ...30
B ng2.1:B ng k t qu phân lo i i m a hình, a v t nhà c a, cây c i .34
B ng3.1: B ng t li u các i m a chính c s . 49
S 3.1: Quy trình công ngh thành l p b n 3D t d li u Lidar . . .50
.

7
M U
1. Tính c p thi t c a tài
Trong nh ng n m g n ây, vi c ng d ng công ngh m i trong l nh v c
b n vi n thám và GIS ã có nh ng b c ti n v t b c và ã t o ra nh ng s n
ph m có ch t l ng cao. Công ngh Laser ã c ng d ng hi u qu trong
nhi u l nh v c, trong o có l nh v c o c b n . Tr c ây, trong l nh v c o
c b n , công ngh Laser ã c s d ng trong các máy o dài, nh tuy n.
Hi n nay, r t nhi u n c trên th gi i và trong khu v c ã ng d ng công ngh
Laser k t h p v i h th ng nh v v tinh toàn c u, h th ng xác nh quán tính
l p mô hình s a hình, mô hình s b m t ph c v thành l p b n a
hình, b n d i ven bi n, b n không gian ba chi u và xây d ng c s d li u
n n thông tin a lý.
Vi c thành l p mô hình s a hình, c bi t là mô hình s b m t th c a
có chính xác cao b ng công ngh nh hàng không ho c b ng các ph ng
pháp o c tr c ti p khác tr c ây g p nhi u khó kh n, chi phí cao, t n nhi u
th i gian hoàn thành s n ph m. Công ngh Lidar k t h p v i các công ngh
khác nh nh v v tinh, xác nh quán tính, bay ch p nh s c trung bình cho
phép xác nh chính xác b n m t a hình và b n m t th c a theo m t h t a
không gian xác nh. S n ph m c a công ngh Lidar giúp xây d ng mô hình
s a hình c ng nh mô hình s b m t có chính xác cao, m t d li u
i m l n, th m chí là r t l n m b o c tính chi ti t c a a hình th c t . D
li u Lidar thu nh n c là t p h p các i m có giá tr m t b ng và cao ( ám
mây i m) trong m t h t a xác nh. T d li u ám mây i m Lidar, cho
phép ti n hành l c i m, biên t p xây d ng nên mô hình s a hình và mô hình
s b m t và d ng mô hình 3D các công trình xây d ng, t ó có th xây d ng
b n không gian ba chi u khu v c ô th m t cách nhanh chóng, chính xác.
Công ngh Lidar có s ti n b v t tr i so v i các công ngh i tr c trong
vi c thành l p mô hình s a hình, mô hình s b m t ph c v công tác l p

8
b n a hình, b n không gian ba chi u (b n 3D) và xây d ng c s d
li u n n thông tin a lý. Nó cho phép y nhanh ti n thi công m t cách áng
k , gi m chi phí thi công và t chính xác cao.
B n không gian ba chi u có r t nhi u u i m so v i b n hai chi u
(b n 2D). Nó g m n n mô hình s a hình, các i t ng a lý d ng vector
c g n k t v i các thu c tính và c hi n th trong không gian ba chi u. B n
3D có th c thành l p t nhi u ngu n d li u khác nhau có kh n ng mô
ph ng c u trúc c nh quan ô th ph c v quy ho ch, xây d ng phát tri n ô th ,
ph c v giáo d c, qu c phòng, du l ch có c chính xác cao cho các
v trí i m trên b n thì hi n nay ngu n d li u thu nh n t công tác bay quét
Lidar ang th hi n là t i u nh t.
V i nh ng u th và hi u qu c a vi c xây d ng b n không gian ba
chi u và các nhu c u phát tri n kinh t xã h i, c bi t là t c phát tri n ô th
Vi t Nam ang r t nhanh thì vi c ng d ng công ngh Lidar xây d ng b n
không gian ba chi u là r t c n thi t trong th i i m hi n nay Xu t phát t nhu
c u th c ti n và kh n ng áp ng c a công ngh , tài c l a ch n v i tiêu
:: Nghiên c u ng d ng công ngh Lidar thành l p b n 3D khu v c ô
th .
2. M c tiêu và n i dung nghiên c u
* M c tiêu tài: Nghiên c u, xây d ng quy trình thành l p b n 3D khu
v c ô th d a trên ngu n d li u Lidar.
* N i dung nghiên c u:
th c hi n c m c tiêu c a tài lu n v n, các n i dung nghiên c u
sau c th c hi n:
- T ng quan tài li u nghiên c u ng d ng Lidar trong vi c xây d ng b n
3D.
- Nghiên c u quy trình xây d ng b n 3D b ng công ngh lidar.
- Xây d ng b n 3D khu v c ô th thành ph B c Giang.

9
3. C u trúc c a lu n v n
Ngoài ph n m u, k t lu n và tài li u tham kh o lu n v n c c u trúc
trong ba ch ng:
Ch ng 1. C s lý lu n và ph ng pháp nghiên c u.
Ch ng 2. Quy trình ng d ng công ngh Lidar thành l p b n 3D.
Ch ng 3. ng d ng công ngh ho c d li u Lidar thành l p b n 3D
thành ph B c Giang.

10
CH NG 1
C S LÝ LU N VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U
1.1. C s lý thuy t c a công ngh Lidar
1.1.1. C u trúc h th ng Lidar
Công ngh quét laser t máy bay (Airborne Laser Scanning) hay còn g i là
Lidar (Light Detection And Ranging) là công ngh m i c áp d ng t i Vi t
Nam, cho phép o c cao chi ti t a hình m t cách nhanh chóng và chính
xác.
H th ng Lidar bao g m b u quét (b c m bi n), h th ng o quán tính
(IMU), h th ng GPS, h th ng qu n lý bay, h th ng camera s và h th ng các
thi t b l u tr d li u.
B máy quét laser (b c m bi n): g m hai b ph n c g n vào bên d i
máy bay: m t b ph n có vai trò phát xung laser h p n b m t trái t trong
khi máy bay di chuy n v i t c nh t nh. M t máy thu g n trên máy bay s
thu nh n ph n h i c a nh ng xung này khi chúng p vào b m t trái t và
quay tr l i thi t b thu trên máy bay. H u h t các h th ng Lidar u s d ng
m t g ng quét t o ra m t d i xung. Sóng Laser n m trong d i sóng c n
h ng ngo i ph c v công tác o c a hình, b m t trên m t t, còn v i
laser d i sóng xanh lá cây ph c v công tác o sâu d i m t n c. r ng c a
d i quét ph thu c vào góc dao ng c a g ng, và m t i m m t t phu
thu c vào các y u t nh t c máy bay và t c dao ng g ng. T c dao
ng c xác nh b ng cách tính toán t ng th i gian tia laser r i máy bay, i
n m t t và tr l i b c m bi n.
H th ng xác nh quán tính IMU: Các giá tr góc xoay, góc nghiêng d c,
nghiêng ngang, h ng bay quét c a h th ng Lidar c xác nh chính xác
b ng thi t b o hàng, góc quay g ng t c th i và các kho ng cách thu nh n và
d li u GPS c dùng tính toán t a ba chi u c a các i m Lidar.
H th ng GPS: D li u Lidar c k t h p v i các thông tin v trí chính

11
xác thu nh n t thi t b GPS và h th ng thi t b xác nh các thông s nh
h ng góc xoay, góc nghiêng d c, nghiêng ngang cùng t trên máy bay. Các
thông tin này c l u tr và x lý, xác nh giá tr t a (x,y,z) chính xác
c a m i i m trên m t t. H th ng GPS cung c p thông tin v v trí và th i
i m thu nh n tín hi u Lidar. H th ng GPS bao g m m t máy thu t trên máy
bay và m t máy thu t t i m t t quá trình x lý d li u này cho ra k t qu v
trí i m có chính xác cao.
Hình 1.1: T ng quan h th ng bay quét Lidar
H th ng qu n lý bay: Cho phép l p k ho ch, thi t k tuy n bay và theo
dõi quá trình bay quét Lidar.
Ngoài các thi t b chính, h th ng Lidar còn bao g m các thi t b ngo i vi
khác nh h th ng l u tr , giao di n i u khi n thi t b , i u khi n bay, b c p
ngu n. M t h th ng Lidar thông th ng c tích h p m t máy nh s kích
th c trung bình, m t s còn trang b máy quay video theo dõi vùng ch p và
mây. Khi c tích h p v i máy nh s c trung bình, có th ti n hành ng
th i quá trình quét Lidar và ch p nh s c a m t khu v c. quy trình này giúp
gi m chi phí bay ch p, thu c các s n ph m: tr c nh, mô hình s cao và
có th t o c mô hình thành ph ba chi u.
1.1.2. Nguyên lý ho t ng c a Lidar
H th ng Lidar xác nh c t a các i m trong không gian ba chi u
X,Y, Z) b ng cách o D dài c a tia laser, xác nh góc ph ng v c a tia quét
(d a vào các góc xoay c a thi t b và góc quay c a g ng quét c xác nh

12
b ng h th ng IMU) và h t a GPS l a ch n t i th i i m quét laser.
Thi t b Lidar có r ng d i quét có th t vài ch c mét n hàng tr m mét
ph thu c vào chi u cao bay và c bi t nh vào góc quay c a t m g ng c
g n vào u thi t b phát tia laser h ng v phía b m t a hình.
Tia laser ho t ng theo nguyên lý xung i n có t n s l n t i vài Khz. Sau
khi phát, n ng l ng s c ph n h i t a hình, a v t qua h th ng quang
h c t i u thu c a thi t b xung i n. D a vào kho ng chênh l ch th i gian T
gi a tín hi u phát i và tín hi u thu v , chúng ta xác nh c chi u dài D c a
tia laser t i th i i m quét theo công th c (1.1):
2
C
TD ii = (1.1)
Trong ó:
Di: Chi u dài tia laser.
Ti: Th i gian t th i i m phát tia laser n th i i m nh n tín hi u ph n
h i.
C: V n t c ánh sáng.
Thi t b Lidar ho t ng trong d i ph c n h ng ngo i v i b c sóng
kho ng 1504nm cho phép xác nh chi u dài D v i chính xác cao v i sai s
kho ng ± 1cm.
Các tia laser c quét liên t c v i góc quét có th lên t i 1500
và theo
h ng vuông góc v i h ng bay c a máy bay. T n su t phát c a thi t b Lidar
có th lê tói 100000 i m trong 1 giây nên tùy theo tính ch t, c i m c a b
m t a hình và cao bay ch p mà ta có th thu nh n c d li u v i m t
lên t i hàng tri u i m trên 1 km2
t ng ng t 0.3m n 1m có 1 i m.
1.1.3. C s toán h c xác nh t a c a i m Lidar
Vi c xác nh t a c a các i m Lidar c ti n hành b ng cách xác nh
t a i m Lidar trong h t a c a máy quét, sau ó xác nh chính xác t a
c a i m Lidar trong m t h t a không gian l a ch n. S vector (1.2)
minh h a vi c xác nh t a c a i m Lidar:

13
Hình 1.2: C s toán h c xác nh v trí i m Lidar
Trong ó:
G: i m GPS m t t trong h t a l a ch n.
A: Anntena c a máy GPS trên máy bay.
S: i m t máy quét Lidar.
P: i m ph n x tia laser t i m t t.
ây ta có hai h t a :
- H t a th nh t: là h t a c l a ch n GXYZ.
- H t a th hai: là h t a t máy quét Lidar Suvt.
Do v y c n chuy n t a t h t a c a máy quét Lidar sang h t a
ã c l a ch n theo công th c sau:
SAdg += (1.2)
xác nh vector g t i m G n i m P ( i m ph n x c a các tia laser)
c n ph i xác nh vector d, ma tr n chuy n v A và vector b nh hình (1.2) ta có:
bADd -=
b
v
t
A
G
Z
Y
Z
X
S
a
D
d
Y
u
Server
C
X
P
M t t
g

14
Trong ó:
Vector D: luôn luôn xác nh c b ng cách o ng GPS
S: kho ng cách t máy quét t i i m ph n x P
b: kho ng cách o tr c ti p t Anten n máy quét
A: ma tr n chuy n v t h t a Lidar sang h t a l a ch n
Ma tr n trên có d ng:
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
è
æ
=
131211
131211
131211
ccc
bbb
aaa
A (1.3)
Trong ó:
wbwgb
wbwgb
g
wg
wg
coscossinsinsin
sincoscossinsin
sin
sincos
coscos
12
12
11
11
11
+=
-=
=
=
=
b
a
c
b
a
bg
wbwgb
wbwgb
bg
coscos
cossinsinsincos
sinsincossincos
sincos
13
13
13
12
=
-=
+=
=
c
b
a
c
(1.4)
,
2
,
2
÷
ø
ö
ç
è
æ
-
pp
g g : Góc nghiêng ngang c a máy bay.
( )pw 2,0 , w : Góc xoay c a máy bay.
,
2
,
2
÷
ø
ö
ç
è
æ
-
pp
b b : Góc nghiêng d c c a máy bay.
Thay vào công th c (1.3) vào công th c (1.2):
( )bSADg -+= (1.5)
Vi t d i d ng ma tr n:
( )bSA
ZZ
YY
XX
ZZ
YY
XX
a
a
a
P
P
P
-+
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
è
æ
-
-
-
=
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
è
æ
-
-
-
0
0
0
0
0
0
(1.6)

15
Trong ó:
000 ,, ZYX : To i m G ( i m to GPS m t t)
pppaaa ZYXZYX ,,,,, : to ngten A và to i m P c n tìm
T công th c (1.6) có th xác nh to i m P:
( )bSA
Z
Y
X
Z
Y
X
i
i
i
Pi
Pi
Pi
-+
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ë
é
D
D
D
=
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ë
é
D
D
D
(1.7)
Trên c s công th c (1.7) tìm c to Xp, Yp, Zp.
Nh v y trên c s nguyên lý này s xác nh c t p h p các i m có to
, cao trên m t t. Ti n hành phân lo i và l c c các d li u quét b ng
tia laser bao g m:
- D li u m t t (các i m n m trên m t t) s d ng thành l p mô
hình s a hình (DTM)
- D li u các i m không n m trên m t t nh các i m n m trên cây, mái
nhà, dây i n Các i m này c s d ng thành l p mô hình s b m t
(DSM)
- D li u nh c ng ph n x c a tia laser cho phép nh n d ng a v t
m t cách t ng i rõ nét.
Nh v y vi c phân lo i x lý các d li u o c thông qua các modul
và các ch ng trình ph n m m c a h th ng m c ích bóc tách c các lo i
d li u này thông qua các phép l c.
1.1.4. chính xác xác nh v trí i m Lidar
D a trên c u trúc h th ng và nguyên lý ho t ng c a công ngh Lidar,
chúng ta có th nh n th y chính xác xác nh v trí i m Lidar ch y u ph
thu c vào chính xác c a h th ng quét laser, chính xác xác nh các thông
s nh h ng gi a h th ng IMU và i m t anntena trên máy bay, chính
xác c s tr c a.
chính xác c a h th ng quét Lidar bao g m chính xác o chi u dài
c a tia laser và chính xác c a thi t b o GPS, thi t b o quán tính IMU.

16
Các thi t b trên luôn t n t i sai s h th ng và có th thay i giá tr theo th i
gian s d ng nh các sai s do chuy n ng quay c a g ng quét laser, sai s
c a h th ng nh v v tinh toàn c u GPS, sai s c a thi t b o quán tính IMU.
gi m thi u các sai s này hay nói cách khác là m b o cho chúng t n t i
trong h n sai cho phép thì trong th c t chúng ta ph i ti n hành ki m nh các
thi t b trên m t cách nh k trong các i u ki n nh t nh nh m xác nh các
thông s hi u ch nh thi t b .
chính xác xác nh các thông s nh h ng gi a h th ng IMU và
i m t anntena GPS trên máy bay v b n ch t là xác nh chính xác các vector
tính chuy n gi a h t a c a h th ng IMU và h t a c s d ng
thành l p b n 3D. H th ng IMU th ng c l p t trùng h p v i h th ng
quét laser m t cách n nh và chính xác. Truy nhiên, h th ng GPS trên máy
bay th ng c l p t t i v trí thông thoáng, có kh n ng thu tín hi u t t nh t.
Do ó, chính xác xác nh thông s nh h ng gi a h th ng IMU và tâm
anntena GPS càng chính xác càng t t, thông th ng chính xác này nh h n
1cm.
Vi c thu nh n và x lý k t qu o GPS gi a h th ng GPS trên máy bay và
d i m t t c bi t quan tr ng, ây chính là c s xác nh t a c a các
i m Lidar trong h t a c n thành l p b n 3D. m b o chính xác
c n thi t, t a c a các i m t máy GPS d i m t t ( i m tr m Base) c n
ph i c xác nh chính xác, t ó m i có th xác nh chính xác t a c a
i m t máy GPS trên máy bay trong quá trình bay b ng các ph ng pháp x
lý d li u GPS. ây, sau khi xác nh chính xác v trí c a các i m Lidar b ng
công ngh GPS và IMU, chúng ta c n c bi t quan tâm t i chính xác c a mô
hình Geoid a ph ng (mô hình Geoid c a khu ph m vi bay quét Lidar). N u
ch s d ng k t qu o GPS n thu n thì m i ch xác nh chính xác c giá
tr cao H c a các i m Lidar (giá tr cao trên b m t Ellipsoid c a h t a
s d ng thành l p b n 3D). Do ó ph i s d ng mô hình Geoid a

17
ph ng có chính xác m b o có c các giá tr d th ng cao N t i
khu v c bay quét Lidar, t ó xác nh chính xác các giá tr cao th y chu n h
c a các i m Lidar trong khu v c. D a trên các i m Lidar có t a chính xác
v m t b ng và cao th y chu n, ti n hành xây d ng mô hình 3D khu v c bay
quét.
1.1.5. S n ph m tr c ti p c a công ngh Lidar
Mô hình s a hình(DTM): là các mô hình s miêu t b m t m t t
nh ng không bao g m các i t ng v t th trên ó. D li u thu nh n t quá
trình bay quét Lidar bao g m t p h p các i m có giá tr m t b ng và giá tr
cao t o ra mô hình s a hình d ng Raster v i m t l i lên n 0.5m, chính
xác v cao có th t t i 0.15m.
Mô hình s b m t(DSM): là m t mô hình s cao miêu t b m t m t t
và bao g m c các i t ng v t th trên ó nh nhà c a, cây cây c i, ng
dây i n, ng giao thông... C ng nh mô hình s cao, mô hình s b n m t
c t o ra d i d ng Raster v i kích th c m t l i Grid t t i 0,5m và
chính xác v cao lên t i 0,2m.
nh c ng xám (intensity): là s n ph m thu c trong quá trình thu
nh n d li u Lidar. D a trên c ng tín hi u ph n h i c a tia laser thu c,
ti n hành n i suy t o nh c ng xám. Trên b m t th c a bao g m các i
t ng khác nhau, do ó kh n ng h p th và c ng ph n h i tín hi u laser
c ng khác nhau, t ó thu nh n và có th phân bi t c các lo i i t ng khác
nhau trên nh c ng xám. i u này r t có ý ngh a trong vi c phân lo i i
t ng trong tr ng h p không có nh hàng không hay nh v tinh phân gi i
cao t i khu v c bay quét Lidar. phân gi i c a nh c ng xám có th lên
t i 0,25m. chính xác v m t b ng và cao c a các i m trên nh c ng
xám t ng ng v i chính xác c a d li u Lidar g c.
Bình nh tr c giao (true otrthophoto): là s n ph m nh c n n
chuy n hình h c chính xác trong h t a l a ch n d a vào các góc xoay c

18
xác nh nh h th ng IMU và t a GPS cùng v i mô hình s a hình, mô
hình s b m t so d li u Lidar t o ra. Bình nh tr c giao trên lý thuy t là
nh n n ch nh hình h c ã c lo i tr sai s v trí i m do chênh cao a hình
gây ra d a vào vi c s d ng mô hình s a hình n n ch nh. i v i tr ng
h p bay quét Lidar có k t h p ch p nh s thì s n ph m bình nh tr c giao là
s n ph m tr c ti p c a công ngh Lidar em l i hi u qu r t l n cho công tác o
c l p b n và xây d ng mô hình không gian ba chi u. Bình nh tr c giao
có th c s d ng làm l p ph b m t cho các i t ng trên b n 3D.
1.2. Kh n ng ng d ng Lidar và b n 3D
Công ngh Lidar th hi n nhi u u th v t tr i so v i các công ngh khác
trong vi c o c thành l p b n và xây d ng c s d li u c ng nh công tác
mô ph ng không gian ba chi u. Các ngu n d li u thu nh n c t h th ng
Lidar có th c ng d ng trong nhi u l nh v c nh quân s , giáo d c, vi n
thông, quy ho ch qu n lý ô th , ánh giá, theo dõi và khai thác m , l p b n
ng dây t i i n, nghiên c u l p b n khu v c ng p l t, b n a hình d i
ven bi n, d báo th m h a...
1.2.1. ng d ng trong công tác thành l p b n a hình
B n a hình t l l n là m t trong nh ng s n ph m mà hi n nay c
thành l p nhi u nh t d a trên công ngh Lidar. Công ngh Lidar cho phép l p
mô hình s a hình chính xác cao v i th i gian nhanh chóng và ít ph thu c
vào th i ti t, có th bay quét Lidar c ngày l n êm. Hi n nay ng i ta th ng
áp d ng công ngh Lidar cho thành l p b n các t l 1/1000, 1/2000, 1/5000.

19
Hình 1.3 B n a hình 3D
1.2.2. ng d ng trong công tác kh o sát, thi t k , giám sát công trình
D li u Lidar có th c thu nh n trong kho ng th i gian ng n, có
chính xác và chi ti t r t cao giúp cho công tác kh o sát, c bi t là kh o sát
vê a hình t hi u qu cao.
K t qu c a s n ph m Lidar ph c v kh o sát, thi t k , giám sát công trình
giúp cho vi c tính toán kh i l ng ào p, lên k ho ch gi i t a, n bù c
sát th c t h n và b trí các ph ng án, ph ng ti n thi công i u qu .
1.2.3. ng d ng trong công tác thi t k , quy ho ch, phát tri n ô th
Thi t k - qui ho ch là m t trong nh ng l nh v c r ng l n r t c n mô hình
chi ti t. T thi t k giao thông, ô th , công trình công c ng n thi t k nhà
máy thu i n u c n n các thông tin chính xác này nghiên c u tình tr ng
hi n th i, tính toán kh i l ng ào p a ra ph ng án t i u, lên k ho ch
gi i to và tái nh c , hi n th mô hình thi t k , l y ý ki n óng góp, trình
duy t.

20
Hình 1.4 B n 3D khu v c ô th
1.2.4. ng d ng trong quân s
Trong quân s , vi c s d ng công ngh Lidar xây d ng các mô hình khu
v c tác chi n giúp cho kh n ng phân tích t m nhìn hay kh n ng c ng c a
các trang thi t b c gi i, xác nh m c tiêu cho d n ng tên l a... c nhanh
chóng, chính xác, hi u qu .
1.2.5. ng d ng trong du l ch
C ng nh d li u Lidar, cho phép t o nh ng tua du l ch o trên n n b n
giúp khách hàng có khái ni m rõ ràng h n v nh ng n i mình s n và c nh
quan ó, ây c ng là m t cách ti p c n th tr ng hi u qu . Khách du l ch có
th th c hi n vi c quan sát ba chi u hay bay mô ph ng tìm hi u c nh quan
thiên nhiên c a vùng c quan tâm. H c ng có th c cung c p các thông
tin v c s h t ng, khách s n, các ho t ng vui ch i, gi i trí ... nh các công
c h i áp c a GIS.
1.3. Các v n c b n v b n 3D
1.3.1. Các khái ni m c b n
Hi n nay, b n a hình 3D và 3D GIS ã c các n c trên th gi i
nghiên c u và có các ng d ng trong th c t . C u trúc c a b n 3D bao g m
n n a hình, d li u h a c a các i t ng a hình, d li u thu c tính g n
v i d li u h a này và t t c c hi n th trong môi tr ng 3D theo nguyên
t c b n . Các nghiên c u lý thuy t c ng nh k t qu c a m t s h th ng ng
d ng th c t c ng ã c trình bày nh ng không nhi u và ch a y trên các
t p chí chuyên ngành ho c trong các cu c h i th o qu c t . Trong các

21
nghiên c u trên, có m t s l nh v c chính ã c nghiên c u sâu liên quan n
b n a chính, a hình 3D và 3D GIS là xây d ng mô hình thành ph ba
chi u
Mô hình thành ph ba chi u (3D city model) là m t h ng nghiên c u
dành c nhi u quan tâm c a ngành b n , vi n thám và ã có nhi u ng
d ng. i t ng c quan tâm nhi u ây là nhà và các kh i nhà. M t s
nghiên c u t p trung vào v n c u trúc topology c a d li u và cách th hi n
nhi u c p chi ti t trong m t mô hình thành ph 3D b ng m t ngôn ng mô
hình hoá. V n th hi n các chi ti t c a mô hình hình h c các kh i nhà là làm
sao c g ng gi m kích th c d li u. Các k t qu th nghi m th ng c a
ra v i chi ti t r t cao cho m t không gian nh nh m t khu ph nh .
Trên th c t , mô hình thành ph 3D c chính quy n nhi u thành ph
quan tâm. B c u, h xây d ng mô hình thành ph 3D d a trên n n b n
a chính, cao c a các kh i nhà c xác nh v i chính xác t ng i t
các ngu n có s n. Sau ó, song song v i vi c c p nh t mô hình, h tìm cách xác
nh l i cao cho t ng kh i nhà m t cách chính xác và toàn di n h n t các
ngu n d li u m i nh nh máy bay t l l n, nh laser ch p t máy bay. Tuy
nhiên, trên th c t , vi c xây d ng mô hình thành ph 3D chính xác và c p nh t
là quá trình r t lâu dài và t n kém khi th c hi n v i c m t thành ph nên c ng
ch a có m t mô hình thành ph 3D hoàn ch nh nào c công b .
B n a chính 3D ngày càng c các n c trên th gi i quan tâm khi
mà th tr ng b t ng s n ngày càng sôi ng và có giá tr l i nhu n cao nh
hi n nay. Các v n c quan tâm nhi u liên quan n quan h topology gi a
các i t ng c a b n a chính trong môi tr ng 3D th c, quá trình chuy n
ti p t h th ng a chính 2D sang h th ng a chính 3D. V n qu n lý và
lu t t ai g n v i các b t ng s n 3D này hi n nay ang c nhi u n c
trên th gi i quan tâm nghiên c u.

22
1.3.2. Kh n ng ng d ng d li u Lidar trong thành l p b n 3D
B n 3D òi h i thông tin v kích th c c a i t ng trong chi u th ba
c a không gian. Các thông tin này có th c thu th p b sung b ng các ngu n
d li u nh : i u tra - o v th c a; o v l p th trên tr m nh s ; d li u giao
thoa radar, Lidar
Tuy nhiên, trong các ngu n d li u có th s d ng thành l p b n 3D
nh ã nêu trên thì d li u Lidar t ra là ngu n d li u có nhi u u th nh t,
áp ng c nhi u yêu c u c a b n 3D. c bi t, i v i b n 3D khu
v c ô th , khi mà vi c th hi n các nhà và kh i nhà trên n n mô hình a hình là
m t trong nh ng yêu c u c quan tâm nh t thì d li u Lidar có th áp ng
t t h n so v i các ngu n d li u khác.
Vi c th hi n các nhà, kh i nhà 3D trên b n c n có y thông tin v
kích th c, hình dáng và d ng mái nhà. i v i các d li u nh nh hàng không
ho c d li u thu nh n t vi c o c tr c ti p ngoài th c a gây ra t n kém l n
v kinh phí và th i gian x lý d li u và r t khó kh n trong vi c xác nh
thông tin v d ng mái nhà, cao mái nhà. D li u Lidar v i m t i m chi
ti t r t l n, có th lên t i 5 i m/m2
và c bi t có chính xác r t cao ( t t i
0.15m v cao) hoàn toàn có th áp ng c yêu c u v xây d ng b n
3D khu v c ô th .
S d ng d li u Lidar cho vi c xây d ng b n 3D khu v c ô th có kh
n ng ti t ki m chi phí l n và rút ng n c r t nhi u v m t th i gian hoàn
thành s n ph m so v i vi c s d ng các ngu n d li u khác.
V i nh ng u i m c a d li u Lidar so v i các ngu n d li u khác, kh
n ng ng d ng d li u này thành l p b n 3D là r t hi u qu , nh t là i
v i b n t l l n, òi h i chính xác cao.
1.3.3. Các ph ng pháp nghiên c u thành l p b n 3D
Có nhi u ph ng pháp có th áp d ng thành l p b n 3D: s d ng nh
máy bay; thành l p t các ngu n s li u vi n thám khác; thành l p s d ng b n

23
a hình 2D có s n hay thành l p b ng ph ng pháp o c th c a.
M i ph ng pháp thành l p b n 3D có các u i m và nh c i m
riêng, phù h p v i các t l hay chi ti t khác nhau. Vi c thu th p các d li u
chi ti t cho b n 3D r t t n công, ch v i m t yêu c u t ng thêm v chi ti t
c a m t nhóm i t ng có th d n n chi phí thành l p b n t ng r t cao.
Nên b c u tiên mà dù theo ph ng pháp thành l p nào c ng c n ti n hành là
thi t k n i dung b n trong ó m t trong nh ng chi ti t quan tr ng c n ph i
quy t nh là hình th c th hi n nhà và các công trình xây d ng trong khu dân
c . Tùy vào m c ích s d ng, yêu c u mà a ra t l và ph ng pháp thành
l p. Tuy nhiên có th i m ra các b c chính áp d ng cho m i ph ng pháp
thành l p b n a hình 3D nh sau:
- Thi t k n i dung: xác nh n i dung, ch n l a và qui nh cách th hi n
c th cho t ng i t ng b n 3D c a khu o.
- T o d li u h a n n 2D t ng t nh b n a hình truy n th ng.
- T o d li u 3D b ng các ph ng pháp o v l p th , o v th c a,
Lidar
- Thu th p các thông tin thu c tính t các ngu n tài li u có s n ho c thông
qua i u v ngo i nghi p.
- G n k t các thông tin thu c tính v i d li u h a.
- Hi n th các n i dung b n 3D d a trên n n mô hình s a hình, các d
li u h a 3D và các d li u thu c tính c a i t ng theo các nguyên t c nh t
nh.
a. Ph ng pháp Lidar
Gi i pháp công ngh quét laser t trên máy bay - Airborne Laser Scanning
(ALS) hay còn g i là LIDAR ph c v cho công tác nghiên c u a hình b t u
vào nh ng n m th p niên 90 c a k nguyên XX. D li u Lidar có th thành l p
DTM v i chính xác r t cao t 0.15m 0.50 m.
C ch ho t ng c a m t h th ng Lidar: thông th ng bao g m m t máy

24
quet laser (b c m bi n) c g n chính xác vào bên d i máy bay có vai trò
phát xung laser h p n b m t trái t trong khi máy bay di chuy n v i m t t c
nh t nh. M t máy thu g n trên máy bay s thu nh n ph n h i c a nh ng
xung này khi chúng p vào b m t trái t và quay tr l i thi t b thu trên máy
bay. H u h t các h th ng Lidar u s d ng m t g ng quét t o ra m t d i
xung. Các giá tr t a và cao chính xác o c b ng thi t b o hàng, góc
quay g ng t c th i và các kho ng cách thu nh n c dùng tính toán t a
ba chi u c a các i m cao. D li u Lidar c k t h p v i các thông tin v trí
chính xác thu nh n t thi t b GPS và h th ng thi t b xác nh các thông s
nh h ng trong (INS) cùng t trên máy bay. Khi t t c các thông tin này c
l u tr và x lý, k t qu s là m t giá tr t a (x,y,z) chính xác c a m i i m
quét c trên m t t. Khi c tích h p v i máy nh s kh trung bình, có th
ti n hành ng th i quá trình quét Lidar và ch p nh s c a m t khu v c. quy
trình này giúp gi m chi phí bay ch p, thu c các s n ph m: tr c nh, mô hình
s cao và có th t o c mô hình thành ph ba chi u.
V i kh n ng thành l p c mô hình s a hình (DTM) l n mô hình s b
m t (DSM) công ngh LIDAR c bi t t ra h u ích khi c ng d ng t i các
vùng mà các ph ng pháp khác t ra kém hi u qu , ch ng h n các vùng r ng,
vùng c a sông, n cát, vùng t ng p n c hay qu n lý vùng b và c bi t là
có m c chi ti t cao th c hi n xây d ng b n 3D khu v c ô th . c
bi t trong tr ng h p c n xây d ng mô hình ô th trong m t th i gian ng n bao
g m c mô hình b m t m t t và c mô hình nhà c a v i hình d ng chi ti t c a
mái nhà (roof shape).

25
Hình 1.5 Mô hình 3D khu v c ô th t d li u Lidar
Trong các ng d ng d ng này, ng i ta th ng k t h p d li u laser v i
các tài li u khác trong quá trình thành l p b n 3D nh : các d li u GIS có s n
v kh i nhà, nh hàng không và v tinh có th t c k t qu t t nh t.
Thông th ng, ph ng pháp Lidar c áp d ng t hi u qu cao trong vi c
thành l p b n 3D t l l n cho các khu v c ô th .
b. Ph ng pháp o v tr c ti p th c a
Ph ng pháp o v tr c ti p ngoài th c a r t t n kém v th i gian và kinh
phí, ph ng pháp này òi h i r t nhi u công s c c a con ng i. xây d ng
b n 3D, ng i ta c n o c tr c ti p ngoài th c a các i t ng a hình,
a v t, cây c i, ng dây, công trình xây d ng, giao thông nh i v i b n
2D truy n th ng. Ngoài ra còn ph i tr c ti p o cao cho các i t ng này
ti n hành mô hình hóa ba chi u và gán các d li u thu c tính cho chúng. Trên
th c t , vì i h i quá nhi u th i gian và công s c nên ng i ta h u nh không
s d ng ph ng pháp này xây d ng b n 3D mà ch áp d ng xác nh v
trí và kích th c c a m t s i t ng ph c v cho công tác b tr cho các
ph ng pháp khác.

26
Hình 1.6 Mô hình 3D c xây d ng t d li u o tr c ti p t i th c a
c. Ph ng pháp do v nh hàng không
Tùy thu c vào t l b n c n thành l p, ch n t l nh cho phù h p. Ti n
hành o i m kh ng ch , quét phim và t ng dày; v l p th các n i dung c
tr ng a hình nh ng phân th y, t th y. Thành l p mô hình s a hình
DTM và n n nh tr c giao.
T mô hình s a hình DTM v a c t o ti n hành n i suy bình và
cao c a các i m c tr ng a hình. Kho ng cao u bình và m t i m
cao t ng t nh b n a hình 2D cùng t l . Các i t ng d ng ng và
d ng i m này là 3D có giá tr cao th c. Sau ó ti n hành o v l p th các
i t ng a v t nh nhà c a, công trình, ng dây i n các thông tin trên
c i u tra l i t i th c a r i gán nh th c cho các công trình xây d ng và
các a v t khác.

27
Hình 1.7 B n 3D thành l p t ph ng pháp nh hàng không
Sau khi có các i t ng d ng 3D, b c ti p theo là gán thu c tính cho các
i t ng h a. Khi các d li u ã c chu n b s n sàng khuôn d ng c n
thi t v i các thu c tính c g n y , th c hi n hi n th chúng trong môi
tr ng 3D theo các nguyên t c hi n th các i t ng trên b n 3D nh th
hi n i t ng a hình, các i t ng d ng ng, d ng i m, d ng vùng, d ng
kh i
ây là m t ph ng pháp có tính ng d ng cao, cho phép t o d li u a
hình m i, t ng i c p nh t, th i gian thành l p ng n và không òi h i nhi u
chi phí cho i u v .
d. Ph ng pháp b n a hình, a chính
D a trên b n a hình, a chính ã có cho m t khu o, ti n hành i u
v b sung ngo i nghi p, xác nh chi u cao c a các i t ng c n th hi n
trong môi tr ng 3D. Chi u cao c a nhà và các công trình xây d ng có th c
suy ra t s t ng v i gi nh v chi u cao u cho m i t ng trong tr ng h p
không c n thi t ph i th hi n chi ti t và chính xác cao.

28
Hình 1.8 Mô hình 3D thành l p t b n a chính
Các ghi chú trên b n a hình và trên b n i u v c chuy n i thành
d li u h a 3D ho c d li u thu c tính. Các d li u thu c tính c a i t ng
c a lên b n b ng d ng text và có th c gán t ng và d ng các i
t ng thành b n 3D. Các b c th c hi n t ng t nh trong ph ng pháp s
d ng nh máy bay.
Ph ng pháp thành l p b n 3D t b n a hình, a chính có s n phù
h p v i m c chi ti t trung bình, v i chi phí th p, th i gian thành l p ng n.
e. Thành l p b n a hình 3D t các ngu n nh vi n thám khác
Ngoài nh máy bay th ng dùng ( nh quang h c ch p t các máy nh
truy n th ng dùng phim và g n ây là các máy nh s ), nh vi n thám r t a
d ng, có th phân lo i thành hai nhóm chính là các lo i nh v tinh và nh laser
v i u thu t trên máy bay. Thông th ng, nh c s d ng làm n n s
hóa các d li u vector, các thông tin chi ti t v hình d ng và tính ch t c a các
i t ng n m trên m t a hình, nh tr c giao ph lên mô hình s a hình
t o nh th c b m t m t t.
phân gi i c a các lo i nh vi n thám thay i t vài dm i v i nh
laser ch p t máy bay n trên d i 1m v i các nh v tinh quang h c
panchromatic phân gi i cao; các nh v tinh quang h c a ph và nh Radar
có phân gi i kém h n, t vài mét n vài tr m mét. phân gi i c ng nh

29
kh n ng o v l p th là các y u t quy t nh các nh này có th dùng thành
l p b n t l nào và s d ng nh th nào.
V i s a d ng v c i m c ng nh kh n ng ng d ng c a t ng lo i nh
vi n thám c ng nh t l b n 3D c n thành l p, khó có th a ra m t qui
trình chính xác và chi ti t. Tuy nhiên qui trình thành l p này có r t nhi u i m
t ng t qui trình thành l p b n 3D t nh máy bay.
Trong nhi u tr ng h p, nh vi n thám ch c s d ng m t công o n
nh t nh thu th p m t trong nh ng n i dung c n thi t cho b n 3D nh
dùng t o mô hình s a hình và b tr cho vi c xác nh ranh gi i các a
v t. Ngoài ra, có th k t h p v i khu v c có s n mô hình s a hình và d li u
vector thì nh v tinh quang h c a ph có th c n n tr c giao s d ng mô
hình s a hình và dùng làm nh ph b m t.
Hình 1.9 Mô hình 3D s d ng nh vi n thám
i v i nh v tinh quang h c phân gi i cao nh Ikonos, Quickbird hay
Spot5, phân gi i trên d i 1m, che ph l n và có th o v l p th thì qui
trình thành l p b n 3D t ng t nh ph ng pháp dùng nh máy bay.
f. Ph ng pháp Radar m t ng h p giao thoa (IFSAR - InterFerometric
Synthetic Aperture Radar)
ng d ng quan tr ng nh t c a nh Radar là t o mô hình s a hình chi
ti t trung bình và chính xác t vài mét n hàng tr m mét cho m t vùng r ng

30
l n trong m t th i gian ng n. Ngoài ra còn có các h th ng Radar m t ng
h p giao thoa t trên máy bay, ch ng h n nh h th ng Intermap STAR 3i
dùng b ng X có th cho phép thành l p mô hình s a hình v i chính xác t
0,5 n 3 m.
nh Radar không th hi n hình nh t nhiên c a b m t m t t nên không
dùng làm n n s hóa hay i u v ngo i nghi p c. xây d ng các i
t ng a v t thì ph i k t h p v i các ngu n nh quang h c. Các nh này có th
là nh máy bay hay các lo i nh v tinh quang h c khác. S k t h p này t n
d ng c u th c a c hai lo i nh. Tuy nhiên v i chính xác c a mô hình
s a hình t o t nh Radar nh trên thì ph ng pháp này c ng ch có th áp
d ng thành l p b n 3D t l 1:10 000 và nh h n.

31
CH NG 2
QUY TRÌNH NG D NG CÔNG NGH LIDAR THÀNH L P B N 3D
2.1. X lý d li u Lidar
D li u i m có giá tr t a ba chi u (m t b ng và cao) c t o b i
công ngh bay quét Lidar th ng có m t dày c, ch a ng các thông tin
c a b m t a hình, b m t các công trình xây d ng, các b m t th c ph ,
ng dây t i i n, ng giao thông... Nh ng vi c xác nh ranh gi i, hình
dáng c a các a v t nh công trình xây d ng, b ru ng, hàng rào hay các tán
cây l i không c rõ ràng. kh c ph c tình tr ng này, ng i ta th ng k t
h p d li u Lidar v i d li u nh máy bay ho c nh v tinh phân gi i cao
c n n ch nh trong cùng m t h t a v i d li u Lidar. Vi c k t h p ó
nh m t n d ng các thông tin rõ ràng v hình d ng, ranh gi i c a các i t ng
a v t trên nh giúp cho kh n ng phân bi t i t ng t d li u Lidar m b o
chính xác. Mu n có c nh trueortho khu v c bay quét, chúng ta c n s d ng
mô hình s a hình, mô hình s b m t thu nh n c t d li u Lidar ti n
hành n n ch nh hình h c nh v úng h t a v i d li u i m Lidar (cùng v i
h t a c n thành l p b n ). nh trueortho không ch giúp kh n ng phân
bi t i t ng c t o b i d li u Lidar m t cách chính xác mà còn giúp cho
vi c ph lên b m t các i t ng a v t xây d ng mô hình 3D m t cách bán
t ng.
Nói chung, vi c xây d ng b n 3D t d li u Lidar c n c ti n hành
qua các công o n: chi t tách thông tin v cao và hình nh, kích th c c a
các i t ng, l a ch n ph ng pháp và m c chi ti t hi n th i t ng trên
b n 3D.
S 2.1: S quy trình x lý d li u Lidar l p b n 3D
Nh n d ng, phân tích m c hi n th i t ng 3D
Xây d ng, hi n th các i t ng 3D
Chi t tách các thông tin v a hình và a v t

32
2.1.1. Chi t tách các thông tin v a hình và a v t (phân t ng cao
d li u Lidar tách b m t a hình th c và b m t a v t)
D li u Lidar là t p h p các i m ( ám mây i m) cung c p thông tin m t
cách phong phú v m t b ng và cao. D a trên các d li u này, chúng ta có
th xây d ng c mô hình s a hình (thu nh n t d li u a hình) và mô
hình s b m t (thu nh n t vi c k t h p d li u a hình và d li u b m t).
Hình 2.1 D li u t p h p i m Lidar
Tín hi u xung i n c a tia laser khi g p các ch ng ng i v t nh công trình
xây d ng, cây c i, ng dây t i i n ... s ph n h i v h th ng thu tín hi u
xung i n laser, các tín hi u này c ghi nh n là nhóm tín hi u c a a v t.
M t ph n tín hi u xung i n laser s ti p t c âm xuyên qua ch ng ng i v t t i
m t a hình và ph n h i tr l i máy thu tín hi u xung i n laser, các tín hi u
ph n h i này k t h p v i tín hi u ph n h i tr c ti p t m t a hình t o nên
nhóm tín hi u a hình. Nhóm tín hi u a hình c s d ng thành l p mô
hình s a hình. K t h p nhóm tín hi u a hình và a v t, chúng ta xây d ng
c mô hình s b m t.
Trên th gi i hi n nay có các ph n m m th ng m i hóa ti n hành tách
l c các i t ng a hình và a v t t d li u Lidar. Thu t toán tách l c các i
t ng ph c v xây d ng mô hình s a hình và mô hình s b m t th ng
không c công b b i các hãng cung c p ph n m m nh ng nói chung, các
ph n m m th ng s d ng các thu t toán d i ây.

33
L c các i t ng a hình:
D a trên lý thuy t topo và giá tr chênh cao c c i gi a hai i m li n k
trong m t t p h p i m, ng i ta có th xây d ng mô hình s a hình theo hàm
sau:
( ) ( )( ){ }jippji ppdhhhApApDTM ji
,:| maxD£-Î"Î=
(2.1)
Trong ó:
- A: là t p h p các i m Lidar.
- pi: là i m c l c t t p h p A.
- pj: là i m li n k v i i m pi.
-
( )ji ppd ,
: là kho ng cách gi a pi và pj.
- hmax: là chênh cao c c i cho phép.
-
( )ji pp hh -
: là chênh cao gi a i m pi i m pj.
Công th c (2.1) nêu trên nh m l c i m Pi t t p h p i m A n u không
t n t i i m Pj nào khác mà chênh cao nh h n chênh cao c c i cho phép
( hmax) trong ph m vi kho ng cách
( )ji ppd ,
gi a chúng.
Quá trình l c i m c b t u t i m pmin, các i m c s p x p theo
th t t ng d n v dài. Sau ó tính gradient b d a vào dài ( )ji ppd ,
và
chênh cao
( )ji pp hh -
theo công th c sau:
( )( )( )ji ppji hhppdb -= ,,
(2.2)
Ph thu c vào tham s ng ng a và ph ng sai as c a nó, ng th i ph
thu c vào ph ng sai bs và gradient b c ng nh các tham s ka, kb mô t c
thù c a a hình, xác nh giá tr maxhD theo hàm quy h i sau:
22222
max bbaa dkbdkah ss +++=D (2.3)
Sau khi xây d ng c mô hình s a hình g n úng, chúng ta ti n hành
l c d li u a hình ra kh i t p h p d li u i m Lidar thô (bao g m c d li u
a hình và d li u a v t) d a vào kho ng cách d c theo ph ng dây d i

34
(tr c Z c a mô hình s a hình). l c c các i t ng a hình và a v t
riêng bi t, tr c h t c n xác l p ng ng 21,kk (v i 1k h h n 2k ) chúng ta s có
chu n l c nh sau:
(1):( )minhhi - < bk cos/1 Các i t ng a hình.
(2):( )minhhi - > bk cos/2 Các i t ng a v t.
(3): bk cos/1 £ ( )minhhi - £ bk cos/2 Các i t ng không c phân lo i.
Hình 2.2 Phân lo i các i m Lidar gi a a hình và a v t
L c các i t ng a v t:
Ph thu c m t i m quét Lidar và lu t phân b sai s , ng i ta có th
ti n hành l c các i m a v t là nhà c a và cây c i nh sau:
L c i m P(X,Y,Z) t N i m Qi(Xi,Yi,Zi) v i i=1,2,3...N.
+ N u kho ng cách t i m P t i i m Qi nh h n ho c b ng ng ng cho
tr c r (ph thu c m t i m quét):
( ) rQPd ii £,
+ N u i m P và Qi cùng thu c m t m t ph ng aX + bY + cZ + d = 0 thì
kho ng cách ( )ii QPd , gi a chúng t i m t ph ng ó ph i nh nh t. i u này ngh a
là s hi u ch nh theo tr c Z c a i m i là (vi) có d ng:
÷
ø
ö
ç
è
æ
++-=
c
d
Y
c
b
X
c
a
Zv iiii
Khi ó ph ng sai c a vi s là:

35
22
2
2
2
2
iiii ZYXv
c
b
c
a
ssss +÷
ø
ö
ç
è
æ
+÷
ø
ö
ç
è
æ
=
Hàm th ( )dcba ,,,2
c s c c c ti u hóa và có d ng:
( ) min,,,
1
2
2
2
== å=
N
i v
i
i
v
dcba
s
c
T ó s có 3 tr ng h p x y ra:
(a): T n t i m t ph ng c c b và i m P thu c m t ph ng ó.
(b): T n t i m t ph ng c c b và i m P không thu c m t ph ng ó.
(c): Không t n t i m t ph ng c c b .
Hình 2.3 Phân lo i các i m Lidar gi a a hình và a v t
K t h p 3 tr ng h p (a), (b), (c) và các chu n l c (1), (2), (3) ã nêu trên,
chúng ta s l p c b ng phân lo i i m a hình và a v t nhà c a, cây c i
nh b ng sau:
B ng2.1 K t qu phân lo i i m a hình, a v t nhà c a, cây c i.
Các tiêu chu n Các tr ng h p K t qu phân lo i
(a) i m th c a
(b) i m l c khác
(c) i m th c a g gh
(1): i m a hình
i m l c khác i m th c a
(a) i m a v t là nhà(2): i m a v t
(b) i m l c khác

36
(c) i m a v t là cây
i m l c khác i m l c khác
(a) i m th c a
(b) i m l c khác
(c) i m a v t là cây
(3): i m không l c
i m l c khác i m l c khác
Quá trình phân lo i i m d li u Lidar c ti n hành sau khi bay quét,
nh ng do ây là công o n ph c t p, òi h i nhi u công s c và th i gian. Quá
trình này có th t n th i gian g p nhi u l n bay quét thu nh n d li u Lidar.
a): Mô hình s b m t DSM b): mô hình s a hình DTM
Hình 2.4 K t qu phân lo i, t o mô hình s b m t và mô hình s a hình
2.1.2. Nh n d ng, tái l p mô hình các công trình xây d ng
Ngoài vi c tách l c các i t ng a hình và a v t thì yêu c a vi c thành
l p b n 3D khu v c ô th , nh t thi t ph i nh n d ng c các công trình xây
d ng và tái l p chúng trên mô hình 3D. Thông th ng, m b o hi u qu và
t chính xác cao ng i ta s d ng ph ng pháp k t h p d li u Lidar và nh
hàng không. nh n d ng và tái l p các công trình xây d ng trên mô hình 3D,
ng i ta k t h p phân lo i các vùng c b n và các i t ng c b n, phân tích
tính ng ph ng c a d li u Lidar cho các vùng c a mái các công trình xây
d ng chính xác v trí i m c a các b c t ng c xác nh d a trên s k t
h p gi a các y u t s c c nh (g s c nét) t d li u nh hàng không và d li u

37
ng ph ng t các i m Lidar. Các c nh trong m ng ba chi u c s d ng
d ng l i các mô hình c a công trình xây d ng và ph ng pháp này có c l i
th v tin c y cao và tính linh ho t, nó a ra gi i pháp ch c ch n, th m chí
ngay c khi d li u là các ng 3D b t quãng.
D li u 3D c a t p h p các i m Lidar thu c t thi t b Lidar trên máy
bay cung c p thông tin m t cách phong phú v cao và th m chí c hình nh,
trong khi ó chúng ta c ng thu c các d li u ph r t d i dào t nh hàng
không. Do ó, k t h p hai ngu n d li u nêu trên em l i tri n v ng cho vi c t
ng tìm ki m, tái l p l i các mô hình công trình xây d ng trong ô th ph c v
cho quy ho ch và qu n lý m t cách hi u qu h n. T d li u h p nh t, ta có th
xây d ng mô hình các công trình xây d ng t d li u nh hàng không và t p h p
các i m Lidar m t cách t ng g m hai ph n chính nh sau:
- Tìm ki m, nh n d ng các công trình xây d ng.
- Tái l p l i các mô hình 3D c a các công trình xây d ng.
S d ng các i m kh ng ch ngo i nghi p, h th ng d n ng GPS và
INS, chúng ta xác nh c các thông s nh h ng ngoài c a nh hàng
không, do ó ta có th x lý k t h p 2 ngu n d li u Lidar và nh hàng không
th ng nh t trên m t h to . Sau ó, chúng ta có th ti n hành xác nh, phân
lo i các vùng và các i t ng c b n trong quá trình tìm ki m, nh n d ng các
công trình xây d ng. Trong giai o n này, chúng ta c n các thông tin v b m t
a hình t d li u Lidar ã c chuy n sang d ng Raster và thông tin v ph
c a d ki u nh hàng không màu. Th c t , vi c phân lo i các i t ng tìm
ra ranh gi i các công trình xây d ng d a trên các thông tin v ph , hình d ng,
c u trúc và thông tin v cao. V i các thông tin trên, chúng ta có th tách bi t
c các các công trình xây d ng và ki m soát chúng. Khi ranh gi i các công
trình xây d ng ã c nh n bi t và tách bi t, chúng ta phân tích tính ng
ph ng c a các d li u Lidar cho các vùng mái c a các công trình xây d ng. Khi
ó, mô hình TIN c b n s d ng lên các m t ph ng trong môi tr ng 3D cho

38
m i vùng c a công trình xây d ng. Các c nh c a công trình xây d ng c tách
ra t d li u nh hàng không c k t h p ch t ch v i d li u cao i m
Lidar xác nh v trí các b c t ng c a các công trình xây d ng trong môi
tr ng 3D. Gi i pháp này a ra tin c y cao và thu n l i cho vi c tái l p l i
các mô hình c a các công trình xây d ng, th m chí trong tr ng h p các o n
th ng 3D b t, gãy.
a. Tìm ki m, nh n d ng các công trình xây d ng
Các i t ng c xác nh c a các công trình xây d ng là d ng vùng.
ây, chúng ta có 2 b c x lý là xác nh vùng và phân lo i các i t ng c
b n. Quá trình tìm ki m, nh n bi t các công trình xây d ng c th c hi n nh
sau:
Quá trình tìm ki m vùng (ranh gi i) cho các công trình xây d ng:
Có 2 cách trong quá trình này. Cách th nh t, ng i ta s d ng các ng
ng m c c b n. Cách th hai s d ng các thông tin v hình nh s c nét (g ,
b , ) xác nh các vùng (ranh gi i) c b n. Thông th ng, ng i ta s
d ng công ngh n i các i m nh (pixel) có tính ng d ng c tr ng vì h s
xác nh ranh gi i (vùng) t nh ng hình nh s c nét t chính xác cao h n so
v i ph ng pháp xác nh d a vào ng ng m c c b n. Vi c k t h p d
li u Lidar và bình nh tr c giao t o nên c s k t n i các i m nh (pixel)
ng nh t, c tr ng thành các ranh gi i (vùng) c a các công trình xây d ng.
Phân lo i các i t ng c b n:
Sau quá trình tìm ki m các i t ng vùng (ranh gi i các công trình xây
d ng), ng i ta ti n hành phân lo i các i t ng ó d a trên các c i m v
cao, thông tin v ph , c u trúc, nhám (g gh ), và các thông tin v các
vùng bóng, b che khu t th c hi n nh n d ng các công trình xây d ng. Quá
trình này c mô t nh sau:
cao: ti n hành xác nh Mô hình s b m t (DSM) và Mô hình s a
hình (DTM) thông qua vi c x lý d li u Lidar. K t qu thu nh n c t Mô

39
hình s b m t bao g m c giá tr cao c a các công trình xây d ng và cao
c a th m th c ph .
Thông tin ph : d a trên phân tích các thông tin v ph t nh hàng không
màu, d a trên các ch s th c v t, ti n hành phân lo i và thu c các vùng
không có th c ph và các vùng có th c ph .
C u trúc: thông tin v c u trúc c l y t nh hàng không. S d ng Ma
tr n xu t hi n m c xám phân tích c u trúc nh (GLCM). ây là ma
tr n liên quan t i t n s xu t hi n các i m nh (pixel) so v i các i m nh
(pixel) g n nh t. Ngoài ra còn s d ng hàm Entropi và tính ng nh t nh là các
ch s c a xác su t xu t hi n các i m nh (pixel). Vai trò c a thông tin v c u
trúc là tách bi t gi a các công trình xây d ng và th m th c ph khi các i
t ng phân lo i có giá tr t ng ng v ph .
nhám (g gh ): nhám c a b m t thu nh n t d li u Lidar nh m
m c ích phân bi t gi a các i t ng vùng th c v t và không ph i là th c v t.
C ng t ng t nh thông tin v c u trúc c a nh, có th s d ng các ch s v
d c, l i lõm c a b m t tách bi t c gi a các công trình xây d ng và
các vùng th c ph khi mà giá tr thu nh n t ph c a nh gi a các i t ng là
t ng ng nhau.
Hình d ng: thu c tính c a hình d ng bao g m kích th c và t s gi a
chi u dài và chi u r ng c a i t ng. Thông th ng c n s d ng m t ng ng
v di n tích l c ra nh ng i t ng quá nh . i u này có ngh a là nh ng
vùng có di n tích r t nh , d i ng ng t ra thì không c phân lo i vào các
i t ng thu c các công trình xây d ng. Các i t ng có t s gi a chi u dài
và chi u r ng phù h p c chuy n vào l p i t ng thu c các công trình xây
d ng. Nh ng i t ng không c x p vào các l p i t ng thu c các công
trình xây d ng khi mà t s gi a chi u dài và chi u r ng l n h n ng ng t ra.

40
Hình 2.5 Tìm ki m, nh n d ng công trình xây d ng
b. Tái l p các công trình xây d ng trên b n 3D
Quá trình d ng l i mô hình các công trình xây d ng b t u khi ã có k t
qu nh n bi t ranh gi i riêng bi t c a các công trình t b c tr c ó. Quá trình
này bao g m 4 nhi m v : (1) nh d ng các m t 3D, (2) tìm ki m ranh gi i c a
các công trình xây d ng, (3) xác nh các ng ranh gi i c a các công trình
xây d ng, (4) d ng l i các công trình xây d ng.
nh d ng các m t 3D: nhi m v th nh t trong quá trình xây d ng mô
hình c a các công trình xây d ng là xác nh c các m t 3D t d li u Lidar.
Vi c xác nh các m t ph ng tam giác d a trên s k t h p c a các i u ki n v
tính ng ph ng và s so sánh gi a các i m láng gi ng g n nh t trong l i
i m tam giác c a d li u Lidar. Có 2 thông s xác nh các m t ph ng tam
giác trong l i tam giác: (1) d a vào góc c t o thành gi a 2 vector li n k ,
(2) d a vào chênh cao gi a các i m l i. D a trên tiêu chu n ng ph ng,
ng i ta s d ng thu t toán kh p i m theo nguyên lý s bình ph ng nh nh t
xác nh các m t 3D.
Tìm ki m ranh gi i c a các công trình xây d ng: sau khi nh d ng c
các m t 3D, ti n hành tìm ki m ranh gi i c a các công trình xây d ng t d li u
Lidar ã c Raster hoá. Ti n hành t các h s v dài g b các o n
th ng quá ng n. Các ng th ng là ranh gi i c a công trình xây d ng bao

41
g m c thông tin v cao, chúng có liên quan m t thi t t i các m t 3D ã c
xác nh b c trên.
Xác nh các ng ranh gi i c a các công trình xây d ng: trên n n nh
tr c giao, ng i ta xây d ng c các ng ranh gi i 2D. K t h p gi a d li u
v cao t các m t 3D ã c xác nh trên và d li u v m t b ng t nh
hàng không tr c giao, ng i ta d ng c ranh gi i 3D c a các công trình xây
d ng b ng vi c.
Hình 2.6 Xác nh ranh gi i công trình xây d ng
C t, n i, d ng mô hình công trình xây d ng: ph ng pháp này ti n hành
c t b , n i l i các o n th ng t o nên các i t ng ho d ng vùng cho ranh
gi i c a các công trình xây d ng. Ti p theo, s d ng thông tin v cao ã
c xác nh c a mái công trình xây d ng ti n hành d ng l i các mô hình
3D cho t ng công trình xây d ng khác theo các nguyên t c th hi n b n
thành l p b n 3D khu v c ô th .
Hình 2.7 Xây d ng mô hình 3D c a các công trình xây d ng

42
2.2. Ph ng pháp hi n th các i t ng trên b n 3D
2.2.1. Ph ng pháp hi n th các i t ng 3D
C u trúc c b n c a b n 3D:
Hình 2.8 mô t b n 3D bao g m hai thành ph n chính là mô hình s a
hình và các i t ng a hình, i t ng a v t có th hi n chi u cao trên ó.
Hình 2.8: Mô t mô hình s a hình và các i t ng trên nó
Mô hình s a hình là m t n i dung r t quan tr ng c a b n 3D. T t c
các y u t n i dung khác c a b n u c th hi n trên n n mô hình s a
hình.
Th hi n i t ng a hình 3D thành hai nhóm:
Các i t ng n m ngay trên b m t a hình bao g m các i t ng d ng
ng, vùng, i m không có th tích n m ngay trên b m t DTM nh ng
giao thông, bãi t tr ng, bãi c , i m kh ng ch ...
Các i t ng n m n i trên b m t a hình bao g m nhà, các công trình
xây d ng, t ng rào, các lo i dây d n, các i t ng th c v t... có chi u cao
t ng i l n so v i m t a hình.
Nguyên t c xây d ng và s d ng ký hi u:
Trong vi c th hi n n i dung b n 3D, khi i t ng c ch n th hi n
theo xu h ng ký hi u hóa cao (symbolised) ch không theo nguyên t c hi n th
hình nh th c (photorealistic) thì c n c g ng s d ng các ký hi u t ng t v i

43
b n 2D ã quen thu c v i ng i dùng b n . Tuy nhiên trên b n truy n
th ng ch s d ng s l ng màu h n ch n gi n hóa quá trình in n, còn
b n a hình 3D có u th c a b n s v i kh n ng s d ng màu s c a
d ng h n cho h th ng ký hi u c a mình.
D li u thu c tính:
D li u thu c tính c a các i t ng này c n ph i c thu th p và g n k t
v i d li u h a m t cách th ng nh t theo nguyên t c c a h th ng thông tin
a lý (GIS). Các thu c tính c a i t ng có th là c nh l ng l n nh tính.
Các công c c a GIS cho phép th c hi n các phép phân tích d a trên các d li u
này m t cách hi u qu h n. Các d li u thu c tính có th c s d ng i u
khi n cách hi n th c a i t ng theo các nguyên t c b n .
Tóm l i, c u trúc c a b n 3D bao g m n n a hình, d li u h a c a
các i t ng a hình, d li u thu c tính g n v i d li u h a này và t t c
c hi n th trong môi tr ng 3D theo nguyên t c b n .
2.2.2. Mô hình s a hình
Mô hình s a hình th ng c th hi n hai d ng TIN ho c GRID.
TIN là t vi t t t c a m ng tam giác không u (Triangulated Irregular
Networks). ây là mô hình d ng vector, có c u trúc topo m ng a giác khá ph c
t p, l y i m làm n v và xét xem m i i m s c k t n i v i các i m li n
k nào t o ra tam giác. TIN là m t t p h p c a các tam giác li n k , không
ch ng è, không có tam giác o (tam giác n m bên trong m t tam giác khác),
c t o nên t các i m phân b không ng u v i t a X, Y và giá tr Z.
Mô hình TIN v i c u trúc d li u d ng vector d a trên các i m, ng và vùng
có phân b không ng u và th ng c chia ra thành các t p h p i m
(masspoints) và các ng breakelines. Mô hình TIN th ng c xây d ng áp
d ng thu t toán Delaunay t i u hoá vi c th hi n b m t a hình. Ý t ng
ch o c a thu t toán này là t o ra các tam giác mà xét m t cách t ng th càng
có d ng g n v i tam giác u càng t t. Nói m t cách chính xác h n thì tam giác

44
Delaunay là tam giác tho mãn i u ki n ng tròn ngo i ti p b t k m t tam
giác nào u không ch a bên trong nó nh c a các tam giác khác. Mô hình TIN
khá ph c t p khi x lý nh ng nó c ng tránh c vi c l u tr th a thông tin và
có kh n ng mô t các bi n i a hình ph c t p.
i v i mô hình s a hình d ng l i ô vuông quy chu n hay ma tr n
cao (altitude matrix), các i m cao c b trí theo kho ng cách u n trên
h ng t a X,Y bi u di n a hình. Trong mô hình s cao d ng này t a
m t ph ng c a m t i m m t t b t k có cao Z (Zij) c xác nh theo
s th t (i, j) c a ô l i trên hai h ng.
Mô hình s a hình d ng l i u là m t mô hình b m t có c u trúc n
gi n, d x lý. chính xác c xác nh b i kho ng cách m t l i và t ng
chính xác ph i gi m kho ng cách gi a các m t l i. Các i t ng c tr ng,
ch ng h n các nh hay các ng phân thu không th c miêu t chính xác
h n r ng c a m t l i. i v i các vùng b ng ph ng, không hi u qu khi l u
tr d ng l i u, còn vùng cao bi n i ph c t p mô hình GRID khó có
th di n t c các chi ti t này n u không có gi m áng k v kích c ô l i.
M i m t d ng mô hình s a hình d ng GRID hay TIN u có nh ng u
i m và nh c i m nh t nh. Có m t s ng d ng thì c n mô hình s a hình
d ng GRID, m t s ng d ng khác l i cho k t qu t t h n n u có mô hình s
a hình d ng TIN. Nhi u thu t toán phân tích dòng ch y tính toán l u v c sông
hay phân tích thu v n các vùng ng p l t c phát tri n trên mô hình GRID.
Còn n u trong các ng d ng c th nào ó mà các thông tin vi a hình (micro
relief information) c coi là quan tr ng thì mô hình TIN có th t ra có u th
h n.
Hai d ng TIN và GRID c a mô hình s a hình có th c chuy n i
qua l i l n nhau, các ph n m m hi có u cung c p công c th c hi n quá
trình chuy n i này. i v i d li u i m Lidar thì vi c xây d ng mô hình s
a hình c th c hi n nhanh chóng, chính xác và có m c chi ti t cao h n

45
so v i mô hình s a hình c thành l p t các ngu n d li u khác nh nh
hàng không, nh v tinh l p th , nh giao thoa radar, b n a hình
2.2.3. Các i t ng a hình 3D
Các i t ng n m ngay trên b m t a hình d ng ng nh sông, su i,
ng giao thông, d ng i m nh các i m kh ng ch có th c mô t b ng
các d li u 2D ho c 3D. i v i d li u 3D chúng có th c th hi n c l p
và chính xác v trí c a mình trong môi tr ng không gian ba chi u, không ph
thu c vào d li u b m t a hình làm n n cho chúng. Tr ng h p n u các i
t ng này ch có t a X, Y chúng c ng có th c b sung t a Z t mô
hình s a hình b ng m t phép chi u vuông góc n gi n. Các i t ng d ng
vùng nh các bãi cát, bãi c , sân ...th ng ch có t a X, Y. th hi n trong
không gian ba chi u chúng s c y lên b m t a hình và c th hi n
b ng các ký hi u t ng ng.
Các i t ng n m n i trên b m t a hình có cao riêng g m nhóm các
i t ng d ng vùng nh nhà và các công trình xây d ng, các i t ng d ng
ng nh hàng rào, t ng vây, các lo i ng dây truy n t i, các i t ng
d ng i m nh c t i n, cây c i. Các i t ng này có c u trúc ph c t p h n.
mô t chúng ngoài t a X, Y c n có các giá tr cao: giá tr Z là cao
c a m t a hình t i v trí (X,Y) c a i t ng và giá tr h là cao riêng c a i
t ng so v i m t a hình ho c cao th c H c a i t ng trong không gian ba
chi u.
Trên các b n 3D, chi ti t c a các khu ô th , nhà và các kh i nhà là
nhóm i t ng c quan tâm r t nhi u v cách th hi n. Nhóm i t ng này
khá a d ng v c u trúc hình h c. Chúng có th c th hi n chi ti t b ng các
mô hình 3D th c mà m i nút u mang giá tr X, Y, H ho c c khái quát hoá
các m c khác nhau ph thu c vào m c chi ti t th hi n (LoD - level of
detail). M t cách th hi n n gi n nh t là nhà c y lên t ng vi n áy
nhà n m trên m t a hình m t kho ng b ng chi u cao riêng h c a nhà thành m t

46
hình h p.
i v i công ngh Lidar thì chúng ta có t p h p các i m có giá tr m t
b ng và cao r t chi ti t, t ó c ng có mô hình s a hình và mô hình s b
m t c ng r t chi ti t và chính xác, do ó vi c th hi n các công trình xây d ng
trên b n 3D là m b o c m c chi ti t r t cao.
Hình 2.9 Mô t nhà trong b n 3D c hi n th m t cách n gi n trên n n
mô hình s a hình
2.2.4. Phân tích và l a ch n m c chi ti t cho các i t ng hi n th 3D
Quá trình xây d ng b n 3D có th chia thành hai b c chính c ng t ng
t nh khi làm sa bàn, u tiên ph i t o khung, sau ó m i ph lên trên các l p
màu và g n thêm các i t ng khác. C th là:
B c 1: Xây d ng mô hình hình h c (modeling) bao g m xây d ng mô
hình s a hình và mô hình hoá các i t ng a hình 3D. B c này s quy t
nh chi ti t c a các i t ng nh chính xác c a mô hình s a hình,
nh ng chi ti t nào c a b m t t có th b qua, nh ng công trình ki n trúc nào
ph i c th hi n và th hi n n m c nào, nh ng ti u ti t nào có th c khái
quát hoá

47
B c 2: Hi n th tr c quan (visualisation) các i t ng c a mô hình.
Khi thi t k mô hình mô ph ng th gi i th c ng i thi t k khó có th xây
có c m t mô hình gi ng th gi i th c 100%. Mô hình càng gi ng v i th c t
thì dung tích d li u càng l n và t c hi n th càng ch m và chi phí xây d ng
mô hình càng cao. Khái ni m c p chi ti t (LoD - Level of Detail) c a ra
di n t m c chi ti t, s gi ng nhau gi a mô hình b n 3D và th gi i
th c. B c này s quy t nh v m t hình th c i t ng s c th hi n gi ng
v i hình nh th c n m c nào. Có hai xu h ng th hi n trái ng c nhau. M t
là ký hi u hoá t i a các i t ng theo các nguyên t c b n : symbolised. Hai
là c g ng th hi n các i t ng càng gi ng v i hình nh th c càng t t:
photorealistic. Thí d cách th nh t m t ngôi nhà bê tông c qui nh th
hi n n gi n là m t kh i màu xám, cách th hai nó c ch p nh t t c
các b m t và các nh này c ính lên t ng b m t c a mô hình ngôi nhà.
Ng i thi t k ph i ch n c m t i m d ng h p lý gi a hai xu h ng này.
LoD áp d ng b c xây d ng mô hình s a hình, mô hình hình h c các
i t ng 3D và b c hi n th tr c quan ph i ng u.
Nhi u ý ki n cho r ng trong m t b n a hình 3D lý t ng, m i i
t ng ph i có nhi u cách th hi n khác nhau (multi-presentation multi-LoD)
cho các m c chi ti t khác nhau. M t s xu t v LoD ã c a ra cho
m t mô hình nh th , trong ó d li u c chia thành các m nh nh (tile). Ba
b d li u ba c p chi ti t ( chi ti t cao, trung bình và th p) c l u tr
cho t ng m nh nh ó. t o ra m t hình nh ph i c nh c a mô hình, m i
m nh nh s c th hi n m t c p chi ti t nh t nh ph thu c vào kho ng
cách t v trí theo dõi n m nh ó. C n ph i có ph ng án x lý th t t t khi
hi n th khu v c ranh gi i gi a hai m nh có c p chi ti t khác nhau. M t
khó kh n khác khi xây d ng m t mô hình nh th là dung l ng d li u s t ng
r t nhanh cùng v i s c p chi ti t c l u tr .

48
Hình 2.10 C p chi ti t LoD i v i các i t ng nhà, kh i nhà
M i liên h gi a khái ni m t l c a b n 2D và LoD c a b n 3D có
nhi u i m t ng ng. Chúng u liên quan n chính xác và m c khái
quát hoá c a các i t ng.
i v i b n 3D, chi ti t, chính xác c a mô hình s a hình ph i
t ng ng v i cách th hi n c a các i t ng n m trên b m t a hình.
các t l nh , trên b n 2D r t nhi u i t ng c th hi n n a t l
ho c phi t l . Trên b n 3D t l nh , cao riêng (h) hay r ng, dài
trên m t ph ng ngang c a các i t ng n m trên b m t a hình th ng là
không áng k so v i chính xác, hay chênh cao c a mô hình s a hình.
Ng i xem không có n t ng nhi u khi xem chúng c d ng lên trong môi
tr ng 3D cho m t khu v c r ng úng nh kích th c th c c a m t t b n t
l nh . Các i t ng n i trên m t t d ng nh n m ép sát xu ng m t a
hình. các t l l n, chúng n i lên và cho ng i kh o sát n t ng rõ ràng h n.

49
CH NG 3
NG D NG CÔNG NGH LIDAR
THÀNH L P B N 3D THÀNH PH B C GIANG
3.1. Khái quát chung v khu v c th nghi m, h th ng máy quét Lidar
3.1.1. Khái quát chung v khu v c th nghi m
a. V trí a lý
Khu v c TP. B c Giang n m trong ph m vi:
T 21015'37,5 n 21019'22,5 v B c.
T 106008'15 n 106013'44,5 kinh ông.
Khu v c th nghi m n m trong ph m vi m nh b n a hình t l
1/2.000, có phiên hi u m nh là F-48-69-102-a. T i khu v c này có a hình i
núi xen k ng b ng và các khu dân c ven i, ven ng giao thông. Trong
ph m vi khu v c th nghi m có kho ng 1500 nóc nhà.
Khu v c thành ph B c Giang có h th ng giao thông t ng i thu n l i,
có các h th ng ng liên thôn, xã, huy n và t nh t o thành m ng l i giao
thông dày c. a v t nhà c a ang trong quá trình quy ho ch, xây d ng và có
nhi u bi n ng.
Khu v c B c Giang ang c u t xây d ng nhi u khu công nghi p
liên doanh v i n c ngoài. Khu v c ô th ngày càng c m r ng và các khu
dân c ngo i thành ang phát tri n theo h ng t p trung, ô th hóa.
B n hành chính thành ph B c Giang

50
b. Hi n tr ng thông tin t li u trong khu o
- T li u i m t a nhà n c h ng I: 10402
- T li u i m a chính c s :
B ng3.1: T li u các i m a chính c s .
93473 105407 105439 105468 105497
92576 93474 105408 105440 105469 105498
92577 93475 105409 105441 105471 105499
92580 93476 105413 105442 105472 105502
93453 104508 105423 105452 105479 105509
93457 104509 105424 105453 105480 105510
93458 104510 105425 105454 105483 105511
93459 104511 105426 105455 105484 105512
- T li u i m cao:
Tuy n cao h ng I bao g m: I(LS-HN) 21, 24, 25, 27, 29, 30, 33
Ngoài ra trong khu v c còn có các tuy n cao h ng III khác.
Các i m a chính c s và các i m cao nhà n c trên m b o yêu
c u s d ng làm các i m g c cho công tác xây d ng l i kh ng ch ngo i
nghi p ph c v công tác bay ch p và là các i m g c xây d ng các i m
kh ng ch cho các bãi hi u ch nh bay quét Lidar.
- T li u b n a hình:
B n a hình t l 1/250.000 theo l i chi u UTM do C c o c và
B n Nhà n c (nay là B Tài nguyên và Môi tr ng) in l i n m 1991.
B n a hình t l 1/50.000 UTM do C c b n B T ng Tham m u
in l i n m 1978 g m các m nh: 6251-I,II,III,IV; 6250-III.
B n a hình t l 1/50.000 d ng gi y và s h to VN 2000 do
T ng c c a chính thành l p n m 2000. B n c s hoá, chuy n h và hi n
ch nh t b n t l 1/50.000, GAUSS, g m các m nh: F-48-69-A,B,C.
Các i m t a , cao nêu trên m b o cho vi c s d ng làm i m g c
o n i t a , cao ph c v bay quét Lidar.
D li u b n a hình t l 1/50.000, c s d ng làm tài li u dùng
thi t k .

51
3.1.2. Quy trình và h th ng máy quét Lidar s d ng trong khu v c
S 3.1: Quy trình công ngh thành l p b n 3D t d li u Lidar
Kh o sát, thi t k
o c ngo i nghi p:
- Thi t l p c s toán h c.
- Xây d ng bãi chu n hi u
ch nh.
m t ph ng và cao.
- o n i tr m base.
Bay quét Lidar k t h p
ch p nh s
X lý d li u
- X lý thô, ki m tra g i ph d li u.
- Xác nh qu o ng bay và các thông s nh v tia quét.
- Xác nh các nguyên t nh h ng ngoài c a nh.
- Xác nh t a các i m ph n h i xung laser trong h t a
WGS84.
- X lý làm kh p các gi i bay và tuy n bay ch n.
- Chuy n k t qu sang h quy chi u và h t a VN-2000.
- X lý m t ph ng và cao theo các i m hi u ch nh c a bãi
chu n.
Xây d ng mô hình s cao và t o bình tr c nh
- L c i m phân lo i d li u Lidar thành các l p b m t t (ground)
và không ph i b m t t (Non-ground).
- T o nh c ng .
- Xây d ng DEM s b .
- N n nh tr c giao (TrueOrtho) thành l p bình tr c nh trong h
VN-2000.
- Chu n hóa d li u DTM.
- Xây d ng DTM chính xác theo khuôn d ng ph n m m s d ng.
- Chuy n i nh d ng file, xây d ng DTM theo mô hình GRID.
- Xây d ng mô hình s b m t.

52
Xây d ng mô hình nhà c a, các i t ng khác, l p b n 3D
- S hóa các i t ng dân c , giao thông, th y h , th c ph , ng
dây
- Chuy n i các i t ng sang d ng 3D trên n n DTM.
- D ng các mô hình 3D trên n n DTM.
- Gán các ký hi u th c ph , cây c i, giao thông, ng dây
- Gán các thông tin thu c tính cho các ôi t ng.
- Hoàn thi n b n 3D.
H th ng LiDAR Harrier56 g n máy nh s AIC c a hãng Toposys -
C ng hoà liên bang c là m t h th ng LiDAR c thi t k cho m c ích bay
quét vùng công trình, ô th có cao bay 100-1000m, phù h p v i i u ki n
a hình các ô th Vi t Nam.
Thông s k thu t c a h th ng LiDAR Harrier56:
- Lo i máy quét: Riegl LMS-Q560.
- cao bay: 850 m.
- chính xác i m cao: < 0.15 m.
- chính xác i m m t ph ng: < 0.25 m.
- Tr ng nhìn: 45 t i 60 .
- T n s quét: 160 Hz.
- T c o: 133.000 Hz.
- B c sóng: 1,550 nm.
- Tín hi u ph n x t i a: 4 m c truy n/m t tia.
- o c i m trên m t n c (tín hi u ph n h i khi g p m t n c).
- S l ng i m o: t i 200.000 i m/giây.
- T c bay 160km/h.
- M t i m là kho ng 2 i m/m2.
- H th ng nh v : Applanix POS/AV 410.
- chính xác IMU:
0.008/0.008/0.015/0.005 - roll/pitch/heading/velocity.
- GPS: 12 kênh, 2 t n s .

53
- Ngu n i n: 28v DC, 15A max.
Thông s k thu t máy ch p nh s Rollei AIC:
- Lo i máy: Rollei AIC P45.
- M ng ghi: 39 Mega pixel.
- Kích th c m ng CCD: 5428x7228 pixel.
- Tiêu c : 51,382 mm.
- Kênh màu: R,G,B,NIR.
- T c ghi t i a cho m t nh: 2.5 s.
- T c c a m : 125-1000.
Máy bay ch p nh:
- S d ng máy bay AN2, có t c trung bình 160 km/h, th i gian t i a
cho 1 ca bay là 4 gi 30 phút.
3.2. Công tác chu n b , bay quét và x lý d li u Lidar
3.2.1. Công tác chu n b
Xác nh sân bay: Gia Lâm - Hà N i.
m b o thông tin th i ti t hàng ngày, có nh ng thông tin chi ti t v s
thay i khí t ng trong vùng tr c bay. M t khác c n ch ng t ch c quan sát
tr c ti p thông tin khí t ng trong vùng bay quy t nh chính xác ca bay.
Chu n b các trang thi t b , máy móc ph c v o GPS t i các tr m Base;
các máy th y chu n o n i cao cho các i m Base, các i m trong bãi
hi u ch nh.
3.2.2. Bay quét Lidar
a. Thi t k và quy nh k thu t o i m tr m Base
Các i m tr m Base s c o GPS ng th i trong quá trình bay quét
LIDAR. i m tr m base ph i m b o i u ki n k thu t o GPS, ph i
thông thoáng, o c th i gian dài, có i u ki n cung c p v ngu n i n, i l i
sinh ho t d dàng.
Kho ng cách t i m Base n mép khu v c bay quét t i a là 30km.

54
chính xác xác nh i m tr m Base v m t ph ng là: 0,1m và cao t ng
ng th y chu n h ng IV tr lên. T a ph ng c o n i b ng GPS,
cao c o n i b ng thu chu n hình h c h ng IV.
Công tác o n i tr m base v m t ph ng c th c hi n b ng o GPS,
i m kh i tính là các i m to nhà n c và i m a chính c s theo
hình l i tam giác. Th i gian o t i thi u không ít h n 1h30 . Trong khu o s
d ng 02 i m tr m Base.
Công tác o n i tr m base v cao c th c hi n b ng o thu chu n
h ng IV, i m kh i tính là các i m cao nhà n c.
Trong quá trình bay quét Lidar ph i ti n hành t máy thu GPS 2 t n s
thu tín hi u liên t c t i các tr m Base v i th i gian giãn cách thu tín hi u
1epoch/1 giây trong su t th i gian bay quét. Máy thu GPS ph i c b t và thu
tín hi u tr c th i i m máy bay n máy và ch t t sau khi máy bay t t máy và
có l nh c a ng i ph trách t tr c máy bay.
b. o bãi hi u ch nh m t ph ng và cao
m b o chính xác yêu c u trong công tác bay quét LiDAR, m i
khu bay ch p ph i có các bãi hi u ch nh m t ph ng và cao. Các i m hi u
ch nh m t ph ng và cao nh m m c ích ki m tra và hi u ch nh d li u
LiDAR.
Các bãi o i m hi u ch nh m t ph ng và cao c ch n là khu v c
trung tâm và các góc khu bay.
Bãi hi u ch nh cho các khu bay c thi t k nh sau:
- Khu bay B c Giang thi t k 3 bãi hi u ch nh, trong ó: 2 bãi hi u ch nh
c m t ph ng và cao, bãi th 3 ch hi u ch nh v m t ph ng.
M i bãi hi u ch nh c n o kho ng 5-10 nhà, sân, b , ho c 5-10 góc b
ru ng ( o c góc và b ru ng dài 6-10m) ho c k t h p o c nhà và b ru ng
tùy theo a hình khu v c c th . chính xác xác nh v trí c a i m hi u
ch nh so v i i m kh ng ch g n nh t £ 0,15m.

55
M i bãi c n o t i thi u t 5-10 i m cao. chính xác xác nh
cao i m hi u ch nh so v i i m kh ng ch g n nh t £ 0,15m.
V trí bãi hi u ch nh cho các khu bay:
c. o n i l i kh ng ch c s ph c v o chi ti t bãi hi u ch nh m t
ph ng và cao
Khu bay B c Giang thi t k 6 i m: GPS48; GPS49; GPS50; GPS51;
GPS56; GPS57. Riêng i v i 2 i m GPS48, GPS49 thi t k ph c v hi u
ch nh m t ph ng nên không ti n hành o n i cao h ng IV.
chính xác xác nh i m kh ng ch o v v m t ph ng là: 0,1m; v
cao t cao h ng IV tr lên.
d. o chi ti t i m hi u ch nh m t ph ng và cao
T i m i bãi hi u ch nh xác nh t a , cao t i thi u 50 i m trên m t
t và t i thi u 5 hình a v t s c nét có s t ng ph n khác bi t l n v i các
a v t xung quanh nh nhà, sân, bãi c . Khu B c Giang kho ng 150 i m
- Ch n i m hi u ch nh m t ph ng:
i m hi u ch nh m t ph ng là các i m góc c a các a v t có hình dáng
s c nét, r nh n bi t, n nh, rõ ràng nh các nhà hình kh i vuông v c có
l n h n 10m; các v n hoa, sân có m u s c và ch t li u t ng ph n v i xung
quanh hay các i m góc c a các lô ng rõ r t, các giao c t rõ nét c a ng
b ru ng có m u s c t ng ph n v i n n ru ng... Các i m hi u ch nh m t
ph ng có thông thoáng t t trong quá trình bay quét LiDAR.
- Ch n i m hi u ch nh cao:
i m hi u ch nh cao c ch n t i các v trí b ng ph ng, có thông
thoáng t t, trên n n ch t li u có c ng khá t t nh m t sân g ch, sân bê tông,
m t ng nh a
- o i m hi u ch nh m t ph ng và cao:
i m hi u ch nh m t ph ng và cao c o b ng máy toàn c i n t
totalstation. i m kh i o và i m nh h ng là các i m tr m o g c i m

56
hi u ch nh m t ph ng và cao. chính xác yêu c u o n i ph i t v v trí
m t ph ng là 0,15m và cao là 0,10m cho khu v c l p DTM v i chính xác
0,2m 0,3m.
e. Thi t k bay ch p
m b o yêu c u nhi m v và chính xác c a d li u c ng nh c n
c vào kh n ng c a h th ng bay quét LiDAR-Harrier56. Thi t k cao bay
850m, kho ng cách gi a các ng bay 500m, t c máy bay 150-180km/h,
ph d c nh ch p 70%, ph ngang 30%. T l nh trên m t ph ng trung bình:
1/16400.
Khu bay B c Giang có di n tích bay ch p kho ng: 135km2 v i 29 ng
bay (trong ó có 22 ng bay chính và 7 ng bay b sung), t ng chi u dài
bay kho ng 300km, t ng s gi bay kho ng 8,5 gi .
Hình 3.1 S tuy n bay quét Lidar khu v c thành ph B c Giang
3.2.3. X lý d li u Lidar
a. X lý d li u thô, ki m tra ph c a d li u:
- Trút toàn b d li u sau khi bay quét và l u vào máy ch .
- Chuy n d li u laser t nh d ng sdf sang sdc

57
- T o DSM kích th c raster 5m ki m tra ph sau khi bay quét laser
và ch p nh s .
- L p k ho ch bay bù.
b. X lý s li u GPS/IMU:
Sau khi bay quét, c n ph i x lý s li u GPS/IMU tính toán c to
c a tâm máy quét, máy ch p nh, các d li u nh h ng c a tia quét và nh
ch p trong su t quá trình bay. ng th i ki m tra c toàn b quá trình bay
quét có b gián o n tín hi u GPS hay không, sai s v trí có t yêu c u hay
không. x lý s li u GPS/IMU, c n qua các b c nh sau:
- L p project cho ca bay.
- Extract d li u.
- Ki m tra d li u GPS, IMU trong quá trình bay quét.
- Chuy n i khuôn d ng d li u GPS.
- X lý DGPS.
- T o ra file SBET (k t h p d li u GPS và IMU).
K t thúc các b c x lý trên, k t qu thu c g m các file nh sau:
- File Vnav + Event: S d ng tính toán ph .
- File SBET s d ng tính toán DSM, DTM và các nguyên t nh
h ng ngoài EO c a nh.
- File txt (báo cáo) th ng kê l i toàn b quá trình x lý và các thông s
cu i cùng.
ánh giá k t qu x lý GPS/IMU chung toàn khu o.
c. X lý nguyên t nh h ng ngoài (EO):
Các file EO s c s d ng n n nh tr c giao (True Ortho), ki m tra
ph c a nh và thi t l p mô hình khi o v l p th nh trên tr m o v nh s .
File EO ch a các nguyên t nh h ng ngoài c a nh và c t o ra trong quá
trình x lý b ng module Eopro trong gói ph n m m Topo_gui56.
- Tính toán EO cho m c ích ki m tra ph nh.

58
- Tính toán EO cho m c ích n n nh tr c giao (True Ortho).
- Sau khi x lý, k t qu thu c s là các file EO ch a các nguyên t
nh h ng ngoài theo h to a tâm qu c t WGS84.
d. X lý d li u Laser, t o DSM/DTM/ nh c ng xám:
Trong quá trình quét, sóng Laser c ghi nh n trong h t a c a thi t b ,
ph n m m RiAnalyse s d ng gi i mã các d li u g c này. Các d li u Laser
ã c gi i mã này k t h p v i k t qu tính toán tuy n bay SBET.out (t
POSPac) cho phép t o bao ph coverage (ph c v ki m tra bay quét) và các ám
mây i m Point cloud (ph c v t o Intensity, DSM và DTM). ây chính là
công o n ti n x lý (preprocessing) LiDAR.
Các ám mây i m c x p x p và l c theo ô (tile) d i d ng raster file
t o DSM và DTM, các d li u raster này c biên t p, ki m tra t o ra các
s n ph m c a mô hình s DSM, DTM và ph c v t o nh true ortho
(postprocessing). Quá trình này c x lý b ng ph n m m TOPPIT.
Công o n x lý sóng laser b ng ph n m m RiAnalyse c a hãng RIEGL
(môi tr ng windows) còn các module x lý c a TOPPIT th c hi n trong môi
tr ng LINUX thông qua x lý các t p Batch files.
Các b c chính trong x lý Laser:
- Chuy n i d li u thô Laser t *.SDF sang *.SDC:
- X lý Laser - t o bao ph (Coverage).
- X lý Laser - t o ám mây i m (Point cloud).
- T o mô hình s b m t (DSM).
- Bình sai, hi u ch nh mô hình m t ph ng, cao (Laser adjustment)
- T o nh c ng xám (Intensity).
- T o mô hình s (DSM RGBI) ph c v n n nh TrueOrtho.
- T o mô hình s a hình (DTM).
e. Quy nh k thu t x lý d li u:
- Qu o ng bay c xác nh thông qua vi c x lý tr o GPS gi a

59
máy thu t t i tr m Base và máy thu t trên máy bay theo ph n m m kèm theo
thi t b nh m xác nh ra to , cao c a tâm antenna t trên máy bay t i
t ng th i i m thu tín hi u GPS. Sai s trung ph ng v trí i m v m t ph ng
và cao trung bình sau x lý cho toàn khu o ph i nh h n 0.1m.
- T a , cao c a b c m bi n IMU t i t ng th i i m o c xác nh
thông qua vi c k t h p d li u o IMU v i qu o ng bay thông qua phép
l c Kalman c s d ng tính t a , cao c a t ng i m ph n h i xung
Laser trong h WGS-84. chính xác v cao c a t ng i m ph n h i xung
Laser t o thành ám mây i m sau x lý ph i nh h n ho c b ng 2/3 chính
xác c a DTM c n l p.
- Ph i s d ng tr o t các ng bay ch n bình sai kh p gi a các
tuy n bay chính và các ng bay ch n.
- Vi c x lý cao kh p v i khu o kh ng ch c th c hi n thông qua
h ph ng trình s hi u ch nh d ng vi= f(xi, yi, dx, dy, dh) + (hi-hi ) theo
nguyên t c [vv] = min, trong ó:
+ xi, yi, hi là t a , cao c a t p h p các i m o chi ti t c
xác nh tr c ti p t i các bãi chu n;
+ hi là cao c a i m o chi ti t xác nh theo d li u Lidar;
+ dx, dy, dh là các h s d ch chuy n c n hi u ch nh cho mô hình d
li u Lidar theo d li u bãi chu n hi u ch nh.
c phép l a ch n ki u và s b c c a hàm f cho phù h p v i c thù c a
ki u d li u thu c s c i chính phù h p nh t.
- Xác nh tham s nh h ng ngoài cho nh (tr ng h p có k t h p ch p
nh s ): c th c hi n b ng ph n m m kèm theo thi t b . C s xác nh
các tham s nh h ng ngoài là d li u o GPS, IMU và th i i m l quang
c a máy nh s . Các tham s nh h ng ngoài c xác nh theo h t a
WGS-84.
- S d ng d li u t t ng ph n h i cu i cùng (Last Echo) làm c s t o

60
DTM. Trong tr ng h p c n ti n hành xây d ng mô hình s b m t (DSM) ph i
thi t l p nh c ng s d ng t ng ph n h i u tiên (First Echo).
- nh c ng c t o ra trong h t a VN-2000 trên c s s d ng d
li u c ng ph n h i c a tia Laser và c s d ng trong vi c phân lo i d
li u i m. Giá tr các ô grid c a nh c n i suy t giá tr c ng t i các
i m Lidar r i r c. Kích th c các ô grid c l a ch n phù h p v i m t d
li u c a i m Lidar và th ng b ng kho ng cách trung bình gi a các i m ph n
h i xung Laser.
- Vi c phân lo i d li u t ng c th c hi n trên c s k t h p nh
c ng , kh o sát th c a và nh s ch p c (n u có). Tr c khi th c hi n
vi c phân lo i d li u t ng c n c bi t l u ý t i các c tr ng c b n v a
hình, a m o, công trình xây d ng, th y v n, th c ph , khu dân c . (Kích
th c t i a, t i thi u các công trình; chi u cao t i a, t i thi u c a cây; vùng l i
do m t n c; các i m b l i; các i m trên không ).
Sau khi k t thúc công o n này ph i tách c ám mây d li u thành các
l p khác nhau theo các tính ch t riêng nh : L p ch a i m m t t, L p ch a
i m th c ph , L p ch a i m trên mái nhà t ng nhà và các công trình xây
d ng, L p ch a các i m trên không, L p ch a các i m b l i, L p ch a các
i m trên m t n c . T ó xây d ng ra l p Ground và Non-Ground.
- Bình tr c nh c l p trên c s nh s ch p ng th i trong quá
trình bay quét Lidar c s d ng làm c s chính xác hóa vi c phân lo i
ám mây d li u i m Lidar và o v thành l p b n a hình t i khu v c ó.
Mô hình ph c v cho n n t o nh ortho là mô hình s b m t k t h p v i các
nguyên t nh h ng ngoài c a nh ã c xác nh m c 5.
- Ch nh s a k t qu phân lo i và ki m tra c tr ng a hình c th c hi n
b ng ph ng pháp th công trên c s k t h p các nhóm l p ã phân lo i m c
8 và bình tr c nh. Trong quá trình th c hi n c n chia nh khu v c và ti n
hành phân lo i riêng cho t ng khu v c ó.

61
- Trong quá trình ch nh s a k t qu phân lo i c n c bi t l u ý các khu
v c có c ng Lidar y u, các khu v c m t n c vào th i i m bay ch p.
Trong tr ng h p c n thi t ph i ti n hành o c b sung t i th c a b ng
ph ng pháp tr c ti p s d ng các thi t b toàn c i n t , GPS ng. Sai s
cao các i m o b sung không c v t quá 2/3 chính xác c a DTM c n
thành l p.
- o b sung ngo i nghi p. Thông th ng khi bay quét Lidar ph i ch n
th i i m các cánh ng không b ng p n c. Tuy nhiên, trong i u ki n b t kh
kháng, khi bay quét vùng ru ng b ng p n c r ng l n s ch th ngo i nghi p
o b sung cao m t n c cho t ng khu v c b ng p n c.
3.2.4. Xây d ng mô hình 3D khu v c th nghi m
a. T o mô hình s a hình, b m t
D li u Lidar thu nh n c c a khu v c th nghi m sau khi x lý nh ã
nêu trên, bao g m hàng tri u i m có giá tr t a và cao trong h t a
c n thành l p b n . i d li u Lidar sau khi chia tách các t ng cao c a
m nh b n F-48-69-102a t i khu v c thành ph B c Giang, chúng ta thu nh n
c d li u mô hình s b m t và mô hình s a hình cùng v i nhà c a, các
công trình xây d ng. ây, d li u mô hình s b m t bao g m 1.345.195 i m
t a , cao c a t ng d li u ph n h i u tiên (fist-echo); d li u t ng ph n
h i sau cùng có 1.343.493 i m (last-echo), trong ó s bao g m các i m n m
trên b m t th c a và các i m n m trên b m t các i t ng c ng nh nhà
c a, công trình xây d ng (không bao g m các d li u i m n m trên b m t cây
c i )
D a trên các d li u i m thu c, s d ng module 3D Analyst c a h
th ng ph n m m ArcGIS xây d ng mô hình s a hình và mô hình s b
m t. Công vi c này c ti n hành b ng công c Creat TIN from feature nh m
l y giá tr t a và cao c a t p h p các i m Lidar thu nh n c n i suy
ra mô hình s b m t và mô hình s a hình.

62
Hình 3.2: D li u các t ng ph n h i và mô hình s a hình, b m t.
b. N n nh tr c giao
Ngoài ra, t i khu v c còn thu nh n c nh hàng không. ây là nh c
ch p ng th i v i quá trình bay quét Lidar. h tr cho công tác nh n d ng,
phân tích oán c các i t ng trên khu v c c c thu n l i h n và ph c
v các công tác khác c a vi c thành l p b n 3D, ti n hành n n nh tr c giao
chính xác TrueOrthophoto nh sau:
- Sau khi bay ch p nh, s li u nh s c th hi n d i d ng tif - format
nh nén (Raw compress image) c a máy nh Rollei AIC P45.
- N n nh tr c giao chính xác cho t t c t ng nh trong khu o, s li u u
vào c n có là: Mô hình s b m t DSM ( phân phân gi i 0.5 m), thông s nh
h ng ngoài c a các t m nh (EO), nh ã phát tri n. K t qu cho nh n n
khuôn d ng c a TOPPIT. phân gi i c a nh n n t i a b ng 1/2 phân gi i
c a DSM (trong công trình này Pixel size = 0.25 m). Lo i nh này các a v t
chênh cao (nh nhà, v t ki n trúc, cây c i ) c a v úng hình chi u c a
nó, tuy nhiên v n còn nh ng v trí không có giá tr xám (black pixel) do s
x p x p l i các pixel trong quá trình n n nh.
- Chuy n sang b c ti p theo s l n l t ghép các nh trong t ng d i v i
nhau, sau ó ghép các d i trong khu o v i nhau t o thành m t nh c a c
khu bay (project).
- Nh ng v trí black pixel s c n i suy t giá tr xám c a ph nh,

63
ho c t các giá tr xung quanh n u khu v c này không có ph . l n c a
nh ghép c khu v c có th lên t i hàng ch c, hàng tr m GB ph thu c vào dung
l ng b nh cho phép c a máy tính.
- B c cu i cùng là ch ng trình s c t nh ghép c khu v c theo t ng
m nh b n và chuy n i nh n n sang d ng tif 16 bit.
Hình 3.3: nh tr c giao.
c. Ph nh tr c giao trên n n mô hình s a hình
Có th ph nh lên trên n n mô hình s a hình t o ra nh ng nh n bi t
r t th c v khu v c. hi n th c các nh này trong mô hình l p th c a
ArcScene chúng c n ph i c n n ch nh v cùng h t a v i các n i úng
vector c a b n a hình 3D.
K thu t ph nh raster lên DTM nghiêng v xu h ng th hi n hình nh
th c photorealistic c a b m t a hình. nh c ng s che ph các thang màu
c a DTM nên t t nh t khi ph nh lên m t DTM thì không hi n th DTM. Các
i t ng d ng ng và d ng i m v n c th hi n t t trên n n nh ph trên
m t DTM. Tuy nhiên v i các i t ng d ng vùng th c v t, b m t DTM ch có
th c ph ho c b i các i t ng vector d ng vùng ho c b i nh raster cho

64
nên tùy theo nhu c u mà ng i dùng có th ch ng b t t t hay thay i th t
th hi n ho c trong (transperancy) các i t ng d ng vùng th c v t và c a
nh raster có th quan sát t t nh t n i dung c quan tâm.
nh tr c giao khi ph lên DTM làm n n cho ng i quan sát c m giác a
hình khá n t ng nh t là khi chuy n ng trong không gian cao t ng i
l n.
Hình 3.4: B n và nh tr c giao ph trên mô hình s a hình.
c. Xây d ng các i t ng nhà c a, công trình xây d ng trên n n a hình
3D.
Trên b n a hình 3D, nhà có th c th hi n b ng các polygon ng
vi n chân nhà g n thu c tính cao nhà, ch u l a. cao này c thu th p
t k t qu c a d li u Lidar ph n h i cu i cùng (last-echo) nh ã nêu trên.
u tiên, l p polygon nhà c ph lên m t DTM b ng công c Baseheight.
Hình 3.5: Các polygon nhà trong ArcMap.

65
Hình 3.6: Các polygon nhà trên n n DTM trong ArcSence.
Sau ó, các kh i nhà c d ng lên b ng công c Extrusion s d ng cao
nhà ã c xây d ng t d li u last-echo. Ch n smooth shading và hide
backside cho vi c chi u sáng và t o bóng c a các kh i nhà. Trong tr ng h p
này các chi ti t v hình dáng mái và các t ng trên u c khái quát hóa.
Hình 3.6: Các kh i nhà 3D trên n n DTM trong ArcSence.

66
Hình 3.7: Các kh i nhà c th hi n b ng công ngh 3D building
m c khái quát
Tuy nhiên, có th ch n l c m t s kh i nhà quan tr ng có tính nh h ng cao th
hi n chi ti t h n gi a các nhà bình th ng c hi n th theo nguyên t c n gi n nói trên.
V i công c 3D building có th d ng kh i nhà lên t footprint và gán hình nh th t c a các b
m t nhà lên ó.
th c hi n vi c th hi n chi ti t kh i nhà, tr c h t c n chu n b nh
*.BMP c a các b m t nhà và mái nhà. Các d li u nh trên c l y t nh
hàng không tr c giao và nh ch p t i th c a. Có th l p l i vi c gán nh b
m t nhi u l n cho các nhóm nhà có hình nh b m t khác nhau. K t qu có th
cùng c l u tr d i d ng *.LYR là d ng d li u m c nh c a ArcScene.
Cách th hi n này c bi t phù h p v i các nhà cao t ng c a các khu ô th .

67
a. Hình nh
ngoài th c a
b. Hình nh 3D
khái quát hóa
c. Hình nh 3D
khi ph nh hàng
không lên DSM
d. Hình nh 3D
chi ti t
Hình 3.8: Các kh i nhà c th hi n chi ti t.
d. Th hi n các i t ng khác trên b n
- Thu h và các i t ng liên quan
Sông hai nét c th hi n nh m t i t ng vùng trên b n 2D. Trong
b n a hình 3D, i t ng vùng này c ph lên m t DTM s d ng công
c Baseheight và tô màu xanh n c bi n nh t. Ngoài ra ng vi n sông hai nét
c ng c th hi n trên m t DEM b ng màu n c bi n s m v i m c ích làm
n i b t ng b n c.
Sông m t nét c ng c th hi n n m ngay trên m t DEM b ng ký hi u
d ng ng liên t c màu n c bi n s m.
Sông su i ch y theo mùa th hi n b ng hai ký hi u. M t ký hi u d ng

68
ng ch y liên t c màu n c bi n nh t. Thu c tính c a i t ng c g n vào
ng này. Ký hi u th hai dùng cho m c ích hi n th c drop t d ng
ng nét t c a sông su i ch y theo mùa trên b n 2D, th hi n b ng màu
n c bi n m n m trên ng ch y liên t c màu n c bi n nh t nói trên. C
hai ký hi u này u n m ngay trên m t DTM.
ê c ng c th hi n theo nguyên t c t ng t . Các chi ti t v chênh
cao c a ê c b sung vào DTM d a trên các s li u có c v ê nh v trí
m t ê, v trí chân ê, cao m t ê, t cao ê. Con tr ch trên m t ê n u có
c th hi n b ng m t i t ng d ng ng, thu c tính v t cao con tr ch
c l u tr và c dùng cho công c Extrusion d ng ng này lên vuông
góc v i m t ê (lúc này ã c b sung vào m t DTM) úng nh c i m c a
con tr ch trong th c t .
C ng c th hi n b ng o n th ng t vuông góc v i kênh m ng b ng
màu en. Các thông tin v tên kênh m ng, tên c ng, thi t b i u ti t n c n u
có c g n vào b ng thu c tính c a c ng.
- Giao thông và các i t ng liên quan
Các i t ng d ng i m liên quan nh tr m ghi, c t èn hi u, c t tín hi u,
c t cây s , bi n ch ng n u có c d ng lên b ng công c Plan tree trên m t
DTM dùng m t hình nh t thi t k d ng *.BMP g n gi ng v i hình nh th c.
cao c a các i t ng này tuân theo qui nh chu n c a ngành giao thông.
ng ô tô là m t y u t c quan tâm r t nhi u i v i ng i dùng b n
. Chúng c th hi n là các i t ng d ng vùng n m ngay trên m t DTM.
Ph n tr i m t ng c th hi n b ng nh th c c a các lo i ch t li u: bêtông -
nh a, á, t ho c b ng n n màu n gi n. Tr c phân tuy n, v a hè n u có và
r ng th hi n d ng vùng theo t l b n thì tr i m t b ng ch t li u th c t
nh n n c th p hay n n g ch. N u các tr c phân tuy n ch là d ng ng thì
dùng Extrusion d ng chúng lên thành d i ng n cách ch y liên t c.
ng t nh và ng mòn c th hi n b ng các ng m t nét ch y

69
liên t c trên m t DTM. phân bi t, hai lo i ng này ng t nh th hi n
b ng nét en m, còn ng mòn màu xám. Ký hi u nét t c a ng mòn
c chu n b trong môi tr ng h a và hi n th lên trên ng mòn màu xám
nh t, chay liên t c.
ng ô tô c g n các thu c tính: tên ng, ch t li u r i m t, r ng
ng, r ng ph n tr i m t.
a hình p cao x sâu c a ng c b sung và th hi n b ng m t
DTM.
- Các i t ng kinh t , v n hoá xã h i
Trên b n 3D, m c chi ti t r t cao có th th hi n các i t ng
kinh t , v n hóa xã h i b ng mô hình 3D th c c a i t ng c chu n b
s n trong môi tr ng h a.
m c chi ti t th p h n, các i t ng v n hóa, kinh t , xã h i có th
c th hi n b ng công c Plant tree s d ng nh l y t các ký hi u m u c a
b n a hình 2D. Cách th hi n này nghiêng v xu h ng ký hi u hóa h n.
Các i t ng v n hóa, kinh t , xã h i sau khi d ng lên c l u l i
thành m t file *.LYR dùng hi n th , các ký hi u i m g c v i các thu c
tính nh tên riêng c a i t ng c ng v n c gi l i nh m cung c p thông
tin khi c n truy v n.
- ng dây i n và ng dây thông tin
ng dây i n và ng dây thông tin s c th hi n c l p b ng hai
lo i i t ng. Th nh t là các i t ng d ng i m th hi n c t, chúng c
g n các thông tin thu c tính v chi u cao c t, c t cao th hay h th c i u
tra t th c a. Có hai nguyên t c th hi n các i t ng d ng i m này. các
t l nh , c t c th hi n v i chi ti t LoD th p b ng cách hi n th i m
trên m t DTM v i công c Baseheight và sau ó extrude i m lên t m t DTM
s d ng tr ng cao riêng c a c t. Cách th hai phù h p v i các t l l n, c t
c d ng lên trên m t DTM s d ng công c Plant Tree. nh c a c t c

70
chu n b s n d ng *.BMP và d ng lên v i cao c l u tr s n trong
tr ng thu c tính c a i m.
ng dây t i i n i t ng d ng ng n gi n c g n thu c tính v
lo i ng: cao th , h th ; cao trung bình c a ng dây; i n áp n u có.
ng dây d ng 2D s tính chuy n thành ng 3D d a trên cao c a DTM
b ng công c Convert features to 3D c a ArcGis 3D Analyst, k t qu là ng
3D s c b sung thêm r t nhi u nh trong kho ng gi a nh g c t c là các
c t. Sau ó chuy n ng dây 3D này v môi tr ng h a và b t t c các
nh m i phát sinh gi a các c t. Sau ó a ng dây vào th hi n trong
ArcScene b ng t a X, Y, H th c không ph thu c vào DTM v i kho ng
offset l y t thu c tính chi u cao dây.
M t i t ng có nhi u i m t ng t v i các lo i dây d n là ng d n. ng
d n c th hi n là d ng ng, màu xám s m, g n các thu c tính: t cao,
ng kính ng, v t li u làm ng, ch t d n trong ng. N u ng t trên tr cao
thì nguyên t c th hi n t ng t nh các lo i dây d n và th hi n các tr kèm
theo. Tr ng h p ng d n n m n i trên m t t hay ng d n ng m thì ch c n
th hi n ng ng d n d ng 2D theo m t DTM v i giá tr offset âm d a trên
thu c tính sâu c a ng. Các gi ng ki m tra c th hi n b ng i m c ng
c extrude m t giá tr âm chìm d i m t DTM m t kho ng b ng sâu c a
ng. V i trong - transparency c a DTM là 50% - 70% s cho phép quan sát
c t ng i rõ các i t ng ch y ng m d i t này.
- Dáng t, ch t t
Dáng t ã c th hi n b ng mô hình s cao DTM và ng bình .
Nh ng ký hi u nét t c a bình ph không th hi n c trong ArcScene nên
bình ph n u có s c th hi n b ng ng nét li n màu nh t h n. Các y u
t này ch là c a ra v i m c ích b tr cho DTM trong vi c th hi n a
hình nên ch c th hi n v i trong - transperancy là 50%.
i m cao c ng c th hi n b ng i t ng d ng i m. Không ghi chú

Đề tài: Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập bản đồ 3D ở đô thị, 9đ

Đề tài: Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập bản đồ 3D ở đô thị, 9đ

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à Đề tài: Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập bản đồ 3D ở đô thị, 9đ

Similaire à Đề tài: Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập bản đồ 3D ở đô thị, 9đ (20)

Plus de Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620

Plus de Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620 (20)

Dernier

Dernier (20)

Đề tài: Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập bản đồ 3D ở đô thị, 9đ