PHƯƠng pháp xây dựng mô HÌnh số ĐỘ cao từ Ảnh vệ tinh aster nguyễn Hoàng Khánh Linh



tải về 9.23 Mb.
Chuyển đổi dữ liệu07.01.2018
Kích9.23 Mb.
#35920
PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO TỪ ẢNH VỆ TINH ASTER

Nguyễn Hoàng Khánh Linh*

email: klinhhue@yahoo.com

(*) Khoa Tài nguyên đất & Môi trường nông nghiệp – Trường Đại học Nông Lâm Huế

1. Đặt vấn đề

Với hệ thống tin địa lý GIS (Geographic Information System), mô hình số độ cao (DEM – Digital Elevation Model) là một thành phần dữ liệu không thể thiếu. Vì đây chính là một cách số hóa miêu tả bề mặt của thực địa, thể hiện bằng sự thay đổi liên tục của độ cao trong không gian đều [1].

Bên cạnh đó, mô hình số độ cao còn rất cần thiết cho các ứng dụng khác: lưu trữ dữ liệu bản đồ số địa hình trong các cơ sở dữ liệu (CSDL); giải quyết các bài toán đào đắp đất trong thiết kế đường và các dự án kỹ thuật công trình; thiết kế và quy hoạch cảnh quan; thiết kế và xác định vị trí của đường giao thông và đập nước; tính toán và thành lập bản đồ độ dốc; cho mục đích quân sự; …

Từ những lý do được nêu trên có thể thấy, nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong lĩnh vực quản lý đất ngày càng đóng một vai trò quan trọng, mở ra nhiều hướng mới góp phần giúp các nhà quản lý và quy hoạch xây dựng chiến lược phát triển hiệu quả và bền vững hơn.



2. Dữ liệu nghiên cứu

Dữ liệu ảnh ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) là loại ảnh được thu nhận bởi bộ cảm ASTER đặt trên vệ tinh TERRA. Vệ tinh này là sản phẩm hợp tác giữa cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) và Trung tâm Phân tích Dữ liệu Viễn thám Trái đất của Nhật Bản (ERSDAC) và được phóng vào quỹ đạo vào ngày 18 tháng 12 năm 1999. Một số đặc điểm của vệ tinh TERRA được mô tả ở bảng 1

Sơ đồ 1: Mô tả phương thức thu nhận ảnh lập thể dọc tuyến (Along track) [4]

Bảng 1: Các đặc điểm của vệ tinh TERRA

Ngày phóng

18/12/1999

Thiết bị phóng

Terra

Độ cao quỹ đạo

705 km

Góc nghiêng quỹ đạo

98.3o, đồng bộ với mặt trời

Thời gian hoàn thành một quỹ đạo

98.88

Thời gian cắt xích đạo

10h30 sáng

Thời gian lặp lại một vị trí

16 ngày

Độ rộng di quyét

60 x 60 km tại điểm thiên đế

So với các dữ liệu ảnh vệ tinh khác, ảnh ASTER có khả năng cung cấp nhiều thông tin hơn do bộ cảm được cấu thành từ 3 hệ phụ, mỗi hệ hoạt động trên một hệ thống quang riêng. Cụ thể, dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần (VNIR - Visible and Near Infrared) có 3 kênh phổ (kênh 1 – kênh 3) với độ phân giải 15m; dải sóng hồng ngoại (SWIR - Shortwave Infrared) có 6 kênh phổ (kênh 4 – kênh 9) với độ phân giải 30m; và dải sóng hồng ngoại nhiệt (TIR - Thermal Infrared) có 5 kênh (kênh 10 – kênh 14) với độ phân giải 90m. Độ trùm phủ của ảnh ASTER là 60 x 60 km. Ngoài ra, bộ cảm ASTER còn thu nhận ảnh lập thể dọc tuyến (Along track), tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng mô hình độ cao số DEM từ kênh 3 của ảnh.[2]

Bảng 2: Mô tả thông số kênh phổ của ảnh ASTER

Kênh phổ

Bước sóng (µm)

Độ phân giải không gian (m)

Lưu trữ (bit)

Ghi chú

1

0.52 - 0.60

15

8




2

0.63 - 0.69

15

8




3

0.76 - 0.86

15

8

nhìn trực tâm

(Nadir looking)



3

0.76 - 0.86

15

8

nhìn sau

(Backward looking )



4

1.600 - 1.70

30

8




5

2.145 - 2.185

30

8




6

2.185 - 2.225

30

8




7

2.235 - 2.285

30

8




8

2.295 - 2.365

30

8




9

2.360 - 2.430

30

8




10

8.125 - 8.475

60

12




11

8.475 - 8.825

60

12




12

8.925 - 9.275

60

12




13

10.25 - 10.95

60

12




14

10.95 - 11.65

60

12



Trong phạm vi bài viết này, ảnh vệ tinh viễn thám ASTER trên địa bàn thành phố Đà Nẵng được sử dụng làm dữ liệu nghiên cứu. Ảnh được bay chụp vào 02/04/2009, độ che phủ mây dưới 10%.





Hình 1: Vị trí khu vực nghiên cứu

(2a) (2b)



Hình 2: Ảnh ASTER 02/04/2009 khu vực Đà Nẵng a) Kênh 3N, b) Kênh 3B

Thành phố Đà Nẵng nằm ở 15o55' đến 16o14' vĩ Bắc, 107o18' đến 108o20' kinh Đông, Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên - Huế, Tây và Nam giáp tỉnh Quảng Nam, Đông giáp Biển Đông.

Nằm ở vào trung độ của đất nước, trên trục giao thông Bắc - Nam về đường bộ, đường sắt, đường biển và đường hàng không, cách Thủ đô Hà Nội 764km về phía Bắc, cách thành phố Hồ Chí Minh 964 km về phía Nam. Ngoài ra, Đà Nẵng còn là trung điểm của 4 di sản văn hoá thế giới nổi tiếng là cố đô Huế, Phố cổ Hội An, Thánh địa Mỹ Sơn và Rừng quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng.

Trong phạm vi khu vực và quốc tế, thành phố Đà Nẵng là một trong những cửa ngõ quan trọng ra biển của Tây Nguyên và các nước Lào, Campuchia, Thái Lan, Myanma đến các nước vùng Đông Bắc Á thông qua Hành lang kinh tế Đông Tây với điểm kết thúc là Cảng biển Tiên Sa. Nằm ngay trên một trong những tuyến đường biển và đường hàng không quốc tế, thành phố Đà Nẵng có một vị trí địa lý đặc biệt thuận lợi cho sự phát triển nhanh chóng và bền vững.

Thành phố Đà Nẵng có diện tích tự nhiên 1.255 km2, trong đó huyện đảo Hoàng Sa 300km2, phía Bắc và Tây là dãy Bạch Mã cao trung bình 1.000 m; tiếp giáp với vùng núi phía Tây Bắc là vùng Trung du với nhiều đồi núi thấp, vùng đồng bằng chiếm ¼ diện tích nằm tập trung ở phía Nam và Đông Nam. Trên lãnh thổ thành phố có 4 sông lớn, trong đó có 3 sông thuộc vùng hạ lưu phía Bắc lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn gồm: sông Vĩnh Điện, sông Yên, sông Tuý Loan cả 3 sông này tập trung vào sông Hàn đổ ra vịnh Đà Nẵng tại cửa sông Hàn; Sông Cu Đê có lưu vực 472 km2 ở phía Bắc thành phố. Sự chia cắt địa hình của thành phố tạo nên hai lưu vực sông riêng biệt, phía bắc là lưu vực sông Cu Đê, phía Nam là hạ lưu của lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn. [3]

3. Phương pháp nghiên cứu

Mô hình số độ cao (DEM) có thể được thành lập bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong trường hợp sử dụng ảnh vệ tinh, cặp ảnh lập thể được xử lý tự động bằng các chương trình tính toán và thống kê. Mặc dù phương pháp có thể thay đổi khác nhau tùy theo mỗi phần mềm được sử dụng, nhưng quy trình tạo DEM nói chung thường gồm các việc như: thu thập các điểm khống chế (GCPs), xác định giá trị thị sai của mỗi điểm ảnh bằng cách sử dụng kỹ thuật bắt ảnh tự động, và cuối cùng là loại bỏ các điểm dị thường ở DEM. Sản phẩm DEM có thể gồm 2 loại: (1) mô hình số độ cao tương đối, trong đó các điểm độ cao không nằm trong hệ quy chiếu của bản đồ (2) mô hình số độ cao tuyệt đối, trong đó các điểm độ cao nằm trong hệ quy chiếu của bản đồ và được xác định so với mực nước biển tại khu vực nghiên cứu. [4]



Tại nghiên cứu này, công cụ OrthoEngine của phần mềm xử lý ảnh PCI Geomatica 10.1 [5] được sử dụng để tạo DEM tuyệt đối từ các kênh 3N (Nadir looking) và kênh 3B (Back looking) của ảnh ASTER 04/02/2009. Mô hình số độ cao tuyệt đối đòi hỏi có ít nhất 8 điểm khống chế phân bố đều cho vùng cần thành lập DEM. Do đó, có 51 điểm khống chế được lựa chọn, phân bố trong phạm vi thành phố Đà Nẵng với hệ quy chiếu UTM – WGS 84 – 48N. Các bước được mô tả như ở sơ đồ 1.

Sơ đồ 2: Các bước thành lập mô hình số độ cao

4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Dựa vào kết quả tính toán của công cụ OrthoEngine (PCI Geomatica 10.1), mô hình số độ cao tuyệt đối trên địa bàn thành phố Đà Nẵng được xác định như hình 3



(3a)



(3b)

Hình 3: Mô hình số độ cao tuyệt đối trên phạm vi thành phố Đà Nẵng a)mặt 2D, b) mặt 3D

Kiểm tra số liệu thống kê cho thấy, mô hình số độ cao tuyệt đối có giá trị thấp nhất là -38m và giá trị cao nhất là 1524m. Tuy nhiên, độ cao h trong dữ liệu DEM của ảnh ASTER là độ cao được xác định dựa trên tham chiếu mặt ellipsoid. Do đó để tăng thêm độ chính xác, dữ liệu DEM được tạo ra từ ảnh ASTER cần được tham chiếu trên mặt geoid của địa phương (hình 4). Vì mục đích đặt ra ban đầu của bài viết là trình bày phương pháp xác định DEM từ ảnh vệ tinh ASTER, nên phương pháp hiệu chỉnh dữ liệu DEM không được trình bày ở đây.





Hình 4: Mối quan hệ giữa mặt geoid và mặt ellipsoid [6]

5. Kết luận

Dựa vào kết quả thu được, có thể thấy cặp ảnh lập thể với độ phân giải không gian 15m của ASTER rất thích hợp cho việc thành lập tự động mô hình số độ cao. Bên cạnh việc tạo ra một mô hình số độ cao đáng tin cậy và có khả năng quan sát ba chiều thì hiệu quả kinh tế do phương pháp này mang lại cũng rất lớn. Ngoài những ứng dụng từ mô hình số độ cao đã được nhắc đến ở phần mở đầu, trong trường hợp cần thiết, mô hình số độ cao từ ảnh ASTER còn có thể được sử dụng để hiệu chỉnh địa hình cho các sản phẩm ảnh vệ tinh khác.



Tài liệu tham khảo

[1] http://www.gisgpstoancau.com/article/63-Mo-hinh-so-do-cao.html

[2] http://asterweb.jpl.nasa.gov/

[3] http://www.danang.gov.vn/

[4] H. Akira, W. Roy, L. Harold, 2003, Mapping from ASTER stereo image data: DEM validation and accuracy assessment, Journal of Photogrammetry & Remote Sensing 57: 356 - 370

[5] Geomatica OrthoEngine Tutorial, 2006, PCI Geomatica

[6] Văn Công Quốc Anh, Lê Văn Trung, Giải pháp tạo mô hình số độ cao (DEM) từ ảnh ASTER phối hợp với công nghệ GIS và GPS

[7] ASTER User’s Guide part III 3D Ortho Production (L3A01) Version 1.0 of Earth Remote Sensing Data Analysis Center – ERSDAC. 12-2002



[8] ASTER User handbook advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer

tải về 9.23 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2024
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương