BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC - MỎ ĐỊA CHẤT
----------------------------
TRẦN THANH HÀ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ
CHÍNH XÁC CỦA MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT
ĐƯỢC THÀNH LẬP TỪ ẢNH RADAR
Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số : 9520503
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - 2018
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám,
Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai,
Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Người hướng dẫn khoa học:
1. TS Đào Ngọc Long
Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ Việt Nam
2. TS Nguyễn Thị Mai Dung
Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Phản biện 1: TS Chu Hải Tùng
Phản biện 2: PGS.TS Trịnh Lê Hùng
Phản biện 3: TS. Lê Đại Ngọc
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đáng giá luận án cấp Trường
Họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất,
Vào hồi …….. ngày ……tháng….năm 2018
Có thể tìm hiểu luận án tại:
Thư viện Quốc gia Việt Nam;
Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Mô hình số bề mặt (DSM – Digital Surface Model) là tập hợp
dữ liệu số mô tả một phần của bề mặt Trái Đất trong không gian 3D.
Hiện nay, DSM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác
nhau, như trong thành lập bản đồ địa hình, thành lập bản đồ 3D, được
dùng trong nắn ảnh trực giao, lập kế hoạch phòng chống các tai biến
thiên nhiên; lũ lụt, kiểm soát xói lở đất, phân tích tầm nhìn ở diện
rộng, giám sát tài nguyên môi trường và trong nhiều ứng dụng khác.
DSM là sản phẩm trung gian, từ DSM có thể tạo ra DEM
Hiện nay, ở nước ta, Trung tâm thông tin tư liệu của Cục Đo
đạc - Bản đồ và Hệ thông tin địa lý mới chỉ cung cấp DEM cho
khách hàng. Do vậy, việc nghiên cứu qui trình xây dựng DSM, nâng
cao độ chính xác của nó trên cơ sở sử dụng các phương pháp đo vẽ
hiện đại là cần thiết.
Với ưu điểm nổi trội của ảnh radar có độ phủ rộng trên bề mặt
Trái Đất, chu kỳ lặp ngắn (hầu như có thể cung cấp tư liệu “tức thời”),
chi phí mua tư liệu rẻ hơn nhiều so với các loại tư liệu viễn thám
khác, thậm chí ảnh Sentinel, với độ phân giải cao, chu kỳ lặp 12 ngày
được cấp miễn phí. Ảnh radar đã được nghiên cứu và ứng dụng để
thành lập mô hình số bề mặt (Digital Surface Model – DSM) ngay từ
những năm 1960, với sự ứng dụng các phương pháp xử lý chủ yếu
như: phương pháp đo độ dốc, phương pháp đo radar lập thể, phương
pháp radar giao thoa và phương pháp đo radar phân cực. Những
phương pháp này thông thường được sử dụng để xử lý tư liệu của các
hệ thống radar độ mở tổng hợp SAR (Synthetic Aperture Radar)
nhằm xác định độ cao tương đối hoặc tuyệt đối của các đối tượng
trên bề mặt để xây dựng DSM.
Mặc dù mới xuất hiện, song phương pháp đo radar giao thoa
(InSAR) đã được ứng dụng rộng rãi trong tạo DSM. Đây là một kỹ
thuật hứa hẹn sẽ giải quyết một số vấn đề khó khăn trong một khu
vực nghiên cứu đòi hỏi độ chính xác, hiệu quả kinh tế cao, thuận tiện
với mọi điều kiện thời tiết. Chất lượng của DSM được xây dựng bằng
phương pháp InSAR chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, như là tác
động của khí quyển đối với góc chụp ảnh, đường đáy ảnh (baseline)
và kỹ thuật xử lý. Ảnh hưởng của các yếu tố này sẽ làm vị trí các
pixel bị xê dịch, gây khó khăn trong quá trình khớp ảnh. Hai là sự
2
khác nhau về thời gian thu nhận, tạo ra sự không tương quan giữa hai
ảnh, và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khớp hai ảnh với nhau
để tạo ảnh giao thoa, rồi vấn đề lọc nhiễu pha để mở pha...
Do đó để nâng cao chất lượng của sản phẩm DSM thì nhất thiết
phải nâng cao chất lượng của ảnh giao thoa trong phương pháp InSAR.
Trên thế giới có nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu, đề xuất các giải pháp
giảm thiểu các sai số gây ra trong các công đoạn của qui trình xử lý ảnh
trong phương pháp InSAR, bao gồm: đồng đăng ký (co-registration), tạo
ảnh giao thoa (interferogram generation), lọc nhiễu pha, giải pha (phase
unwrapping) và chuyển đổi tọa độ, hiệu chỉnh hình học (geocoding).
Từ năm 2014, hệ thống vệ tinh Sentinel đã đi vào hoạt động,
với chu kỳ lặp ngắn, diện tích phủ trùm lớn, ảnh có độ phân giải cao,
được cung cấp miễn phí, đã mở khả năng sử dụng loại tư liệu này để
xây dựng DSM có độ chính xác cao, chi phí sản xuất thấp, và có thể
đáp ứng rất kịp thời cho người sử dụng .
Do vậy hướng nghiên cứu về kỹ thuật xử lý, về các giải pháp
nâng cao độ chính xác xây dựng DSM bằng tư liệu viễn thám radar
nói chung, tư liệu Sentinel nói riêng phù hợp với điều kiện thực tế tại
Việt Nam là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn ứng dụng cao.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở khoa học và các giải pháp nâng cao độ chính
xác xây dựng DSM từ ảnh radar, phù hợp với thực tế về tư liệu của
Việt Nam.
3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu qui trình xây dựng DSM, những yếu tố ảnh hưởng
đến độ chính xác của DSM và các giải pháp nâng cao độ chính xác của
DSM, trên cơ sở ứng dụng phương pháp biến đổi tín hiệu wavelet
trong phân tích tín hiệu, phương pháp Goldstein để lọc nhiễu pha.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
4.1. Ý nghĩa khoa học của luận án
Góp phần hoàn thiện các ứng dụng của phép biến đổi wavelet
trong xử lý và phân tích tín hiệu, ứng dụng phương pháp lọc nhiễu
pha Goldstein trong qui trình thành lập DSM từ ảnh radar.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Cung cấp những đánh giá đầy đủ về cơ sở khoa học cũng như
kết quả nghiên cứu thử nghiệm của giải pháp nâng cao độ chính xác
3
của DSM được thành lập bằng ảnh Sentinel - 1A kênh C trong điều
kiện Việt Nam.
5. Những luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Với tín hiệu siêu cao tần sử dụng trong viễn
thám radar, phép biến đổi xấp xỉ sóng nhỏ (wavelet) là phù hợp trong
việc chọn và khớp các điểm đặc trưng, phục vụ cho đồng đăng ký
ảnh trong qui trình thành lập DSM bằng phương pháp InSAR.
Luận điểm 2: Phương pháp lọc nhiễu Goldstein tích hợp kỹ
thuật thích nghi láng giềng có trọng số, là tối ưu nhất trong lọc nhiễu
pha giao thoa để nâng cao độ chính xác của DSM..
6. Những điểm mới của luận án
6.1 Áp dụng thành công phương pháp biến đổi xấp xỉ sóng nhỏ
(wavelet) để xử lý ảnh radar trong chọn kích thước cửa sổ khớp ảnh,
chiết xuất và khớp các điểm đặc trưng trên ảnh radar, qua đó nâng cao
độ chính xác xây dựng DSM từ tư liệu viễn thám siêu cao tần.
6.2. Đề xuất phương pháp lọc nhiễu Goldstein tích hợp kỹ
thuật thích nghi láng giềng có trọng số để lọc nhiễu pha giao thoa,
nhằm nâng cao độ chính xác của DSM.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC
1.1. Đặt vấn đề
Việc ứng dụng tư liệu viễn thám radar trong thành lập mô
hình số địa hình, mô hình số bề mặt và nghên cứu đề xuất các giải
pháp nâng cao độ chính xác của chúng đang được các nhà khoa học
trong và goài nước quan tâm nghiên cứu.
1.2. Lịch sử phát triển của SAR
1.3. Tổng quan về các nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp
InSAR xây dựng DSM
1.3.1. Trên thế giới
Các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới vào
các thập niên cuối của thế kỷ XX đã khẳng định được khả năng và
hiệu quả sử dụng tư liệu viễn thám radar trong xây dựng DEM, DSM.
Li và Goldstein (1990).
Hiện nay, các nghiên cứu về hoàn thiện qui trình xây dựng
DSM bằng phương pháp InSAR, các nguồn sai số và các giải pháp
loại trừ ảnh hưởng của chúng tới chất lượng của sản phẩm đang được
tiến hành và thu hút rất nhiều sự quan tâm từ các nhà Khoa học.
