Journal of Mining and Earth Sciences Vol. 65, Issue 5 (2024) 61 - 72 61
Establishment of orthophoto map using Lidar
technology combined with digital photography at Tan
Son Nhat Airport, Ho Chi Minh City
Tham Hong Thi Bui1, Nghia Viet Nguyen2, Anh Trung Nguyen3, Thu Hoai Thi Trinh1,*
1 Hanoi University of Natural Resources and Environment, Hanoi, Vietnam
2 Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam
3 Survey and Aerial Mapping One Member Limited Liability Company, Hanoi, Vietnam
ARTICLE INFO
ABSTRACT
Article history:
Received 28th Feb. 2024
Revised 02nd July 2024
Accepted 19th Aug. 2024
This article presents a detailed process for generating orthophoto maps
using LiDAR technology alongside digital photography derived from
uncorrected LiDAR data, also referred to as raw data. The process consists
of five main steps: 1. Selection and establishment of control points: Choose
and establish control points for precise georeferencing; 2. Planning and
execution of LiDAR scanning flights: Plan the flight path and parameters
for efficient data collection; 3. Generation of raw point cloud: Following
data collection, the raw point cloud is generated, forming the basis for
subsequent processing and analysis; 4. Orientation and adjustment of the
point cloud data to correct distortions; 5. Creation of an orthophoto map
and accuracy evaluation: In the final phase, increase image control
density to produce orthogonal maps and evaluate accuracy.
This methodology was applied to create orthophoto maps of the Tan Son
Nhat airport area in Ho Chi Minh City, utilizing Trimble's Inpho software
suite. The research results show that the discrepancies in X, Y coordinates
and height (h) between the model values and the measured values for the
25 checkpoints have maximum values of 0.149 m, 0.167 m and 0.169 m,
and minimum values of 0.004 m, 0.005 m, and 0.002 m, respectively. The
difference in the position coordinates and height of the orthophoto map
for the Tan Son Nhat Airport area is less than 10 cm.
With images having a resolution of 0.1 m, the coordinates and heights of
the orthophoto map have small deviations. Therefore, the orthophoto map
in this study has high accuracy, ensuring the creation of maps at a scale of
1:1000 and smaller scales in the experimental area.
Copyright © 2024 Hanoi University of Mining and Geology. All rights reserved.
Keywords:
Digital image,
LiDAR,
Orthophoto map.
_____________________
*Corresponding author
E - mail: tththu@hunre.edu.vn
DOI: 10.46326/JMES.2023.65(5).07
62 Tp chí Khoa hc K thut M - Địa cht Tp 65, K 5 (2024) 61 - 72
y dng bình đồ nh trc giao bng công ngh LiDAR kết hp
chp nh s ti sân bay n Sơn Nht, thành ph H CMinh
Bùi Th Hng Thm1, Nguyn Viết Nga2, Nguyn Trung Anh3, Trnh Th Hoài Thu1,*,
1 Trường Đi học i nguyên i trường Ni, Hà Ni, Vit Nam
2 Trường Đại hc M - Địa cht, Ni, Vit Nam
3 ng ty TNHH MTV Trc địa bn đ, Hà Ni, Vit Nam
TNG TIN I BÁO
M TT
Quá trình:
Nhn bài 28/02/2024
Sa xong 02/7/2024
Chp nhận đăng 19/8/2024
i báo trình bày về quá trìnhy dựng nh đồ ảnh trực giao bằng ng
nghLiDAR kết hợp với chp ảnh stừ dliệu LiDAR chưa được hiệu chỉnh
n hiệu vật (còn gọi dliệu thô). Q tnh thực hin bao gồm 5 bước
chính: ớc 1. Lựa chọn, xây dựng c điểm khống chế; ớc 2. Thiết kế
bay quét LiDAR, thiết lp các tham số;c 3. To point cloud gc;c
4: Địnhng và hiệu chỉnh;ớc 5: ng dày khng chế ảnh, tnh lập
nh đảnh trực giao, đánh giá đchính xác.
Quá trình này được áp dụng để y dựng bình đồ ảnh trực giao khu vực
sân bay Tân Sơn Nhất, thành ph Hồ Chí Minh bằng bộ phần mềm Inpho
của hãng Trimble. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ lch về tọa độ X, Y độ
cao (h) giữa giá trịnh và giá trị đo đc của 25 đim kim tra giá
tr lớn nht lần lượt 0,149 m, 0,167 m, 0,169 m, g tr nhỏ nht lần lượt
0,004 m, 0,005 m, 0,002 m. Đlệch vị trí tọa độ độ cao của bình đồ nh
trc giao khu vc n bayn Sơn Nht nh n 10 cm.
Với nh chp độ phân giải 0,1 m, tọa độ độ cao của bình đnh đưc
xây dựng có độ lệch nhỏ, do đó nh đảnh trong nghiên cứu y độ
chính xác cao, đm bo cho việc thành lp bn đồ tỷ lệ 1:1000 và các tỷ l
nhỏn tại khu vực thực nghiệm.
© 2024 Tng Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyn được bo đảm.
T khóa:
nh s,
nh trc giao,
LiDAR.
_____________________
*Tác gi liên h
E - mail: tththu@hunre.edu.vn
DOI: 10.46326/JMES.2023.65(5).07
Bùi Th Hng Thm và nnk./Tp chí Khoa hc K thut M - Địa cht 65 (5), 61 - 72 63
1. M đầu
ng ngh LiDAR (Light detection and
Ranging) đã tồn ti t những m 1960
(Mehendale Neoge, 2020). ng ngh y s
dng tia laser để đo khoảng ch và to ra nh
nh chi tiết v đa hình, mặt đất cũng nc đối
ng kc trên b mặt trái đất. Đc điểm ca
ng ngh LiDAR cho phép thu thp d liu
chính xác, chi tiết cao, không cn trc tiếp tiếp xúc
vi đối tượng cn khảo t nên đưc ng dng
trong nhiu lĩnh vc như:
- Giao thông, cơ s h tng:
ng ngh LiDAR đưc s dng: trong thiết
kế các đưng bay dân dng Malaysia (Hatta
Antah nnk., 2021); trong kim tra, giám sát theo
i tình trng kết cu ca c sở h tng n
dng bao gm cu, đưng và va hè, đưng hm
và cu trúc m, đánh g sự an tn nh tn
vn ca sở h tng dân dng (Kaartinen
nnk., 2022); trong kho sát thiết kế cu Pingtang
Grand Trung Quc (Ding Zhang, 2023); trong
giám sát tn b vòng đi ca đường st (Li,
2020); trong h tr các cơ quan vận ti trong các
giai đon thiết kế, y dng bo trì các d án
giao thông (McIntosh và Rister, 2022); trong phát
triển đưng cao tc, đưng dây truyn ti và đập
thủy điện (Ganendra và Mobarakeh, 2018).
- Đất đai, quản đô thị:
ng ngh LiDAR đưc s dụng để: đo ng
và giám sáti nguyên đất đai theo thi gian thc
(Wei Guo, 2018); thành lp bn đồ đa chính
khu vc nông thôn phc v cho ng c đa chính
ti khu vc (He Li, 2020). ng ngh y kết
hp vi: d liu nh hàng không, nh v tinh, bn
đồ… để xây dng mô hình 3D khu vc đô thị, bn
đồ không gian ba chiu khu vc đô th ti thành
ph Bc Giang ng và nnk., 2014), ti khu vc
pờng Thưng , qun Hng ng, thành ph
Hi Phòng (ơng nnk., 2022); công ngh GPS,
GIS AI để cung cp d liu nhanh chóng
chínhc giúp các nhà qun tr và quy hoạch đưa
ra nhng quyết đnh (Prim nnk., 2021); nh
chp mt đất để xây dng d liu không gian địa
3D theo tiêu chun CityGML khu vc H
Long,Qung Ninh (Nguyn và nnk., 2022).
- Địa chn, đa cht:
ng ngh LiDAR đưc s dng: y dng
nh s đ cao phc v cho vic c đnh dng đa
nh, đặc điểm cu trúc địa mo, nghn cu đứt
y, địa chn ti khu vc rìa phía bc ca dãy núi
Qinling vùng đứt y Huashan Piedmont
(Wang và nnk., 2020); xây dng bản đ đa hình,
tính tn độ dc phc v cho tm dò đa chn ti
u vc ng Green Wyoming (Wagaman
Sfara, 2005); thành lp nh đồ nh trc giao độ
pn gii cao giúp ng cao vic lp kế hoch để
thu thp đa chn qun vn hành ti hin
trưng phía nam Trung Quc (Gaoming nnk.,
2022); thành lp d liu địa hình có đ phân gii
cao để xác định c đặc đim cấu trúc vi mô và đa
mo, phân tích hoạt động ng đứt y đánh giá
thm ha động đt n Cương, Trung Quc
(Wen và nnk., 2022); thu thp d liu và xác định
trưt l đt nhằm xác định sm các mi nguy
hiểm địa cht khu vc i cao (Wang nnk.,
2020).
- Đo đạc, bản đ:
ng ngh LiDAR đưc s dụng: đo đc và
tnh lp bản đồ địa hình độ phân gii cao đưc
s dụng đa dạng bao gm quy hoch pt trin,
ng trình k thut, quản i trưng, qun
thiên tai, quy hoạch đô thị, thy li, nghiên cứu đa
cht, nghiên cu kho c hc ng dng địa
chính ti Nepal (Joshi Koirala, 2020); tnh lp
hình s độ cao khu vc thành ph Bc Giang
(i và nnk., 2010); phân loi lp ph b mt khu
vc đô thị (Nguyn và Nguyn, 2022a); thành lp
nh trc giao, mô hình 3D ca b mặt Trái đất
mc độ chi tiết, sắc t độ chính c cao cho nhà
ga n bay Liên Khương (Nguyn Nguyn,
2022b); thành lp bản đ phân tích địa hình ti
Malaysia (Hassan và Syed, 2021); thành lp
nh s đ cao, bn đồ cấu trúc địa mo, kết xut
tòa nhà, tích hp mô hình tn hc, thông s thc
vt trên phm vi rộng và độ chính xác cao (Hill và
nnk., 2020).
- Nghiên cu khí quyn:
ng ngh LiDAR đưc s dng: y dng
nh s đ cao h tr cho vic nghiên cu khí
quyn Ấn Độ (Purwar, 2018); quan trc ô nhim
kng khí ti thành ph H Chí Minh (Lê, 2022).
Bên cạnh đó, ng ngh LiDAR còn đưc s
dng trong rt nhiu c ng vic kc như: gm
t các a nhà, đê, bờ sông, đưng y dng -
64 Bùi Th Hng Thm và nnk./Tp chí Khoa hc K thut M - Địa cht 65 (5), 61 - 72
những đối ng ảnh hưởng rt ln tới động
lc hc ng chy, lan truyền lũ để nh hóa lũ
phc v cnh báo thiên tai (Trn, 2010); giám sát
c cuc th nghim phóng n la phc v cho
nh vực an ninh quc phòng (Ren và nnk., 2022);
trong qun vn nh đường y truyn tải điện
(Nguyn, 2021).
th thy công ngh LiDAR đưc ng dng
trong đa dạng c lĩnh vực. LiDAR cho phép đo đc
độ cao của địa hình mt ch chi tiết, nhanh chóng
và chính xác vì vy bn đồ địa hình, s d liu,
nh nh mô phng địa hình khu vc ng độ
chính c độ tin cậy cao. Đi m với c h
thng bay quét LiDAR các b phn mm x
d liu. Hin nay ti Vit Nam tn ti phn mm
tơng mại và phn mm mã ngun m đ x
d liu LiDAR. Tuy nhn, c hai loi phn mm
này ch x lý đưc d liệu sau khi đã đưc hiu
chnh tín hiu vt kng x đưc d liu
t t y quét LiDAR. n cnh đó, mặc d
liu LiDAR có mật đ điểm dày đc cha đng các
tng tin v đối ng địa nhưng đưng vin
ca các đing kng sc nét trong khi đónh
s li gii quyết đưc vấn đềy. Chính vì vy bài
báo này nghiên cu đề xut quy trình x d liu
LiDAR kết hp vi nh s t d liu t và áp dng
nó để thành lp nh đồ nh trc giao khu vc sân
bayn n Nht, thành ph H C Minh.
2. Pơng pháp nghiên cu
Q trình thành lập nh đồ nh trc giao
đưc thc hin theo các bước sau:
c 1: La chn, y dựng c đim khng chế.
Đim khng chế ta đ, đ cao đưc s dng
m đim gc phc v cho việc định hưng bay
qt LiDAR, y dựng nh đồ nh trc giao. c
đim khng chế ta độ, độ cao đưc la chn, b
t ti những nơi nền đt vng chc, n định ti
khu vc thc nghiệm, được đo ni vi lưới khng
chế trắc đa quc gia để xác đnh ta đ đ cao
trong h tọa đ và đ cao quc gia.
c 2: Thiết kế bay quét LiDAR, thiết lp c tham
s.
- Vic thiết kế bay quét LiDAR được tính toán,
thiết kế trên bn đ php vi đa hình ca khu
vc bay.
- Thiết kế đường bay, hướng bay trong khu
- Thu thp d liu: D liu LiDAR gc; d liu
tính tn qu đo bay quét (post-processing
solution); d liu nh chp; d liu đo đạc i
chun hiu chnh; tham s kiểm định h thng bay
qt.
- Thiết lp công vic, các tham s.
- To và kim tra đ ph c di qt: To c
gii quét, kim tra độ chng ph của chúng để phát
hin nhng vấn đề còn tn ti v d liu.
c 3: To point cloud gc.
Q trình y to ra tp hợp c đám mây
đim gc t y quét bằng ch đọc d liu LiDAR
gc đưc a sau đó được chuyn đổi v h ta
độ và độ cao địa phương.
ớc 4: Định ng và hiu chnh.
- Định hướng ơng đối t đng: Tính toán,
hiu chnh t động khp tt c các di qt có độ
chng ph nhất định để x lý đưa ra mô nh độ
cao. Đây là ng việc phân tích, tìm kiếm các vùng
địa vt có chênh cao (mt nghiêng) trong phm vi
chng ph sau đó tự động điều chnh, khp vi các
địa vt ging nhau trong các di qt và tính toán
kết qu bù tr đ tt c các dải quét đưc liên kết
vi nhau mt cách gn đúng nht.
- Định hướng tương đi th công: Hiu chnh
bình sai c di quét kết hp vi d liu bãi chun
hiu chnh mặt đất. Tt c c giá tr (X,Y,H) ca
tng di bay/tng point cloud đưc hiu chnh để
đưa v g tr ta đ chính xác nht theo h ta đ
yêu cu. Vic hiu chỉnh y đưc chia thành 2
ng đon:
+ Hiu chnh mt phng: Hiu chỉnh các đám
y điểm kết hp d liu tham chiếu mặt đất.
Hình ảnh độ phân gii cao của đám y điểm
đưc hin th và các đa giác nh nh a nhà hoc
c đại vt hình khi tham chiếu đưc ph lên đó
mt ch trc quan giúp người dùng th hiu
chnh, dch theo nó mt cách d dàng.
+ Hiu chnh đ cao: Tt cc di qt đưc
hin th bng hình ảnh và được quy định các màu
sc khác nhau d dàng cho vic nâng h c di quét
theo phương thẳng đứng để đưc s trùng khít
và phù hp nht gia các di quét.
- Định hướng tuyt đối mô hình độ cao: Da
vàoc tham s tham chiếu ca bãi hiu chnh độ
cao mt đt vic bình sai và hiu chỉnh đưc thc
hiện để đưa ra sai số v s chênh lch độ cao trung
bình giữa hình được tính tn các giá tr độ
Bùi Th Hng Thm và nnk./Tp chí Khoa hc K thut M - Địa cht 65 (5), 61 - 72 65
cao thc tế. S chênh lch trung bình y được
tr vào nh tính tn đ dch chuyn toàn b
c di quét theo ng thẳng đứng mt ch
chính xác nht. Toàn b quá trình và các tham s
v đ lch y đưc ghi trong fileoo chi tiết
và c th giúp ngưi dùng đưa ra đánh g c
thc nht v kết qu x lý d liu.
ớc 5: ng dày khng chế nh, thành lập nh đ
nh trc giao, đánh g độ chính c.
- Công ngh LiDAR s s dng trc tiếp DSM,
DEM t d liu LiDAR để nn nh. Toàn b m
nh tuyệt đối sau hiu chnh bình sai s đưc s
dng cho công tác tăng dày. Làm hn chế công c
đo đạc khng chế nh ngoi nghip, tạo tính đng
b gia d liệu LiDAR bình đ nh.
- nh đồ nh trc giao mt trong sn phm
ca quá trình thc hin nêu trên. Các sn phm
kc ca quá trình này gm point cloud sau hiu
chnh, DSM/DTM, qu đạo các tham s đnh
ng tuyệt đi.
Đ chính xác ca bình đồ nh trc giao được
c định thông qua quá trình so sánh ta độ, độ
cao đưc chiết xut t DSM/DTM ca các điểm
khng chế đưc s dụng m điểm kim tra vi
c gtr tương ứng đo đc, c th nsau:
- nh đ lch v tọa độ (X, ∆Y) độ cao
(∆h):
(1)
- Tính đ lch v mt phng (∆XY):
(2)
- Tính giá tr trung bình đ lch v mt phng
(∆𝑋𝑌𝑎𝑣𝑒𝑟) và đ cao (∆ℎ𝑎𝑣𝑒𝑟):
∆𝑋𝑌𝑎𝑣𝑒𝑟 =𝑋𝑌𝑖
𝑛
𝑖=1𝑛
∆ℎ𝑎𝑣𝑒𝑟 =∆ℎ𝑖
𝑛
𝑖=1
𝑛
(3)
- nh các giá tr hiu chnh v mt phng
(VXY) và độ cao (Vh):
(4)
- nh sai s trung phương về mt phng
(𝑚𝑋𝑌) và đ cao (𝑚):
(5)
Trong đó: 𝑋𝑖𝑠𝑢𝑟,𝑌𝑖𝑠𝑢𝑟,𝑖
𝑠𝑢𝑟 - ta độ, đ cao đo
đạc ca điểm kim tra th i;
𝑋𝑖𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙,𝑌𝑖𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙,𝑖
𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙 - ta độ, độ cao trên mô
nh của đim kim tra th i.
Q trình x d liu LiDAR đưc mô nh
a i dng đ quy tnh th hin ti Hình 1.
3. D liu nghiên cu
Phm vi nghiên cu trongi viết là khu vc
n bay n n Nhất, thành ph H Chí Minh
đưc th hin ti nh 1. D liệu đưc s dng
phc v cho nghiên cu gm:
- 05 đim khng chế nh và 25 điểm kim tra
đưc b t n đồ nh 2. Tọa độ độ cao ca
c điểm này được th hin ti Bng 1.
- 432 nh ca 7 tuyến bay đưc chp t máy
chp nh Rollei AIC P45.c tuyến bay này có đ
ph ngang nm trong khong 35÷40%,
nh 1. đ quy trình x d liu LiDAR.