Chương 2 Thông tư 39/2014/TT-BTNMT quy định kỹ thuật thành lập mô hình số độ cao bằng công nghệ bay quét LiDAR do Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành

1. Mô hình số độ cao được thành lập theo Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000, múi chiếu, kinh tuyến trục thực hiện theo quy định tại Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC ngày 20 tháng 6 năm 2001 của Tổng cục Địa chính hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN-2000.

2. Hệ độ cao sử dụng trong việc xây dựng mô hình số độ cao là hệ độ cao quốc gia hiện hành.

3. Mô hình Geoid sử dụng là mô hình Geoid địa phương có độ chính xác cao nhất hiện có. Trường hợp khu đo chưa xây dựng được mô hình Geoid địa phương và phạm vi khu đo hẹp (khoảng 50km x 50km) được phép sử dụng mô hình Geoid toàn cầu EGM2008. Trường hợp khu đo chưa xây dựng được mô hình Geoid địa phương nhưng có phạm vi rộng hoặc ở khu vực vùng núi phải xây dựng mô hình Geoid địa phương chính xác cho khu vực đó. Phương án xây dựng mô hình Geoid địa phương phải được nêu rõ trong Thiết kế Kỹ thuật - Dự toán.

4. Mô hình số độ cao (DEM) được thành lập bằng công nghệ LiDAR được thể hiện dưới dạng lưới ô vuông (GRID) hoặc các định dạng khác tùy theo yêu cầu.

1. Lập thiết kế bay quét: thực hiện theo quy định tại Điều 7 Thông tư này.

2. Chuẩn bị đầy đủ về các nguồn lực sẽ được huy động cho thực hiện nhiệm vụ, dự án.

3. Kiểm định, kiểm tra, lắp đặt hệ thống thiết bị:

4. Bố trí, đo nối các trạm GNSS Base station, các tổ trực thời tiết: thực hiện theo quy định tại Điều 8 Thông tư này.

5. Xây dựng các bãi chuẩn hiệu chỉnh: thực hiện theo quy định tại Điều 9 Thông tư này.

1. Khu vực thi công của dự án thành lập mô hình số độ cao (gọi tắt là khu đo) được phân chia thành các phân khu để đảm bảo thuận lợi cho việc bố trí các trạm GNSS Base station và cho công tác bay quét LiDAR, chụp ảnh số.

2. Công tác thiết kế tuyến bay quét LiDAR và chụp ảnh số theo nguyên tắc cơ bản là phủ kín khu đo, đảm bảo độ chính xác và tiết kiệm kinh phí nhất.

3. Các thông tin cơ bản cần xác định khi thiết kế tuyến bay bao gồm: xác định ranh giới phân khu, độ cao bay, hướng bay, độ phủ cho các tuyến bay quét, tiêu cự máy ảnh, độ phủ dọc và độ phủ ngang cho công tác chụp ảnh, các tham số cài đặt cho các thiết bị bay quét và chụp ảnh số.

4. Được phép sử dụng các phần mềm chuyên dụng để thiết kế tuyến bay.

5. Việc thiết kế các tuyến bay bao gồm:

6. Các thông số khác như độ cao bay, tốc độ bay, góc quét, tần số quét, độ rộng dải quét, mật độ điểm quét, phụ thuộc vào loại thiết bị LiDAR, loại máy bay, độ chính xác của DEM cần thành lập phải được trình bày trong Thiết kế Kỹ thuật - Dự toán.

1. Mỗi phân khu phải được bố trí 2 trạm GNSS Base station. Khoảng cách từ trạm GNSS Base station đến các ranh giới bay quét không vượt quá 30 km, ưu tiên bố trí vị trí trạm GNSS Base station ở giữa khu đo. Các điểm chọn làm trạm GNSS Base station phải có độ chính xác về mặt phẳng và về độ cao cao hơn độ chính xác của DEM cần thành lập là 1,4 lần.

2. Trong quá trình bay quét LiDAR phải tiến hành đặt máy thu GNSS 2 tần số, thu tín hiệu liên tục tại các trạm GNSS Base station với tần suất thu tín hiệu 1 tín hiệu/1 giây trong suốt thời gian bay quét. Máy thu GNSS phải được bật và thu tín hiệu trước thời điểm máy bay nổ máy và chỉ được tắt sau khi máy bay dừng, theo lệnh của người phụ trách tổ trực bay.

3. Bố trí các tổ trực theo dõi thời tiết trong suốt thời gian thi công tại khu đo hoặc tại các phân khu để báo cáo thông tin kịp thời, có độ tin cậy cao về diễn biến thời tiết khu vực đó cho người phụ trách tổ trực bay, đảm bảo hiệu quả cho mỗi ca bay.

1. Số lượng bãi chuẩn hiệu chỉnh: phụ thuộc vào phạm vi bay quét LiDAR, hình dạng phân khu và đặc điểm địa hình đặc trưng có trong phân khu để xây dựng bãi chuẩn hiệu chỉnh. Yêu cầu xây dựng tối thiểu hai (02) bãi chuẩn hiệu chỉnh để phục vụ cho việc hiệu chỉnh mặt phẳng, độ cao và kiểm tra.

2. Bố trí các bãi chuẩn hiệu chỉnh: các bãi chuẩn hiệu chỉnh cần được bố trí phù hợp với đặc điểm, địa hình khu đo, không bố trí các bãi chuẩn hiệu chỉnh gần nhau mà phải ở các vị trí tương đối đều trong khu đo.

3. Lựa chọn khu vực đo đạc bãi chuẩn hiệu chỉnh: các bãi chuẩn hiệu chỉnh phải được lựa chọn ở các khu vực có địa hình bằng phẳng, dễ nhận biết, tối ưu cho khả năng chỉ phản hồi xung laser duy nhất. Khi khảo sát để lựa chọn bãi chuẩn hiệu chỉnh cần ưu tiên chọn tại các khu vực bãi đất trống, sân vận động, quảng trường, đường lớn.

4. Đo đạc bãi chuẩn hiệu chỉnh:

5. Sai số xác định tọa độ, độ cao các điểm chi tiết được quy định tại bảng 1.

Bảng 1

6. Trường hợp không đo đồ hình địa vật sắc nét phải tiến hành xây dựng dấu mốc theo quy định như sau:

1. Máy thu GNSS lắp đặt trên máy bay là máy thu GNSS 2 tần số với các tham số được đặt tương tự như trạm GNSS Base station. Việc lựa chọn thời gian bay ngoài việc phụ thuộc thời tiết, xin lệnh bay còn phụ thuộc vào đồ hình của vệ tinh GNSS vào thời điểm bay. Chỉ tiến hành bay quét trong khoảng thời gian đồ hình vệ tinh GNSS có giá trị PDOP < 4,0 và máy thu GNSS đặt trên máy bay cũng như trạm GNSS Base station thu được tín hiệu đồng thời tối thiểu từ 5 vệ tinh khỏe.

2. Khi lắp đặt các thiết bị lên máy bay cần chú ý sao cho góc quét của bộ thu phát laser và góc chụp của máy ảnh số không bị cản trở bởi thân và sàn của máy bay. Sau khi lắp đặt cần đo chính xác khoảng cách offset (dX, dY, dZ) giữa tâm của các thiết bị: ăng-ten GNSS, máy chụp ảnh số, máy thu phát laser và thiết bị đạo hàng IMU với độ chính xác đến cm.

3. Trong quá trình bay quét LiDAR và chụp ảnh số phải luôn theo dõi hoạt động của các thiết bị, diễn biến của quá trình bay quét và chụp ảnh, đặc biệt lưu ý đến hoạt động của bộ quét LiDAR, độ phủ giữa các đường bay, các khu vực không có dữ liệu quét hoặc có dữ liệu nhưng cường độ yếu, các khu vực ngập nước.... để quyết định có bay bổ sung trực tiếp hay không.

4. Khi hoàn thành các tuyến bay chính và các tuyến bay chặn phải tiến hành kiểm tra kết quả, trút dữ liệu, sao lưu để phục vụ xử lý và tính toán. Định dạng dữ liệu phụ thuộc vào từng loại thiết bị bay quét cụ thể.

5. Khi kết thúc ca đo phải tiến hành ngay việc kiểm tra chất lượng quét LiDAR và chụp ảnh số tại khu vực bay quét bao gồm các công việc kiểm tra chất lượng bay, tính toán phần diện tích hở, lỗi để có kế hoạch bay bù.

1. Quá trình xử lý dữ liệu bay quét LiDAR kết hợp chụp ảnh số gồm những công đoạn chính như sau:

Bước 1. Tính toán quỹ đạo đường bay.

Bước 2. Tạo đám mây điểm theo dải bay và ghép thành khối.

Bước 3. Tính chuyển dữ liệu đám mây điểm về hệ tọa độ, độ cao VN-2000 thông qua các thông số tính chuyển và mô hình Geoid.

Bước 4. Kiểm tra và bình sai đám mây điểm theo dữ liệu đo đạc bãi chuẩn hiệu chỉnh.

Bước 5. Phân loại và lọc điểm.

2. Quỹ đạo đường bay được xác định thông qua việc xử lý trị đo GNSS giữa máy thu đặt tại trạm GNSS Base station và máy thu đặt trên máy bay bằng phần mềm kèm theo thiết bị nhằm xác định tọa độ, độ cao tâm ăng-ten, tâm thu phát laser, tâm máy chụp ảnh đặt trên máy bay tại từng thời điểm thu tín hiệu GNSS. Sai số trung phương vị trí điểm về mặt phẳng và độ cao trung bình sau xử lý cho toàn khu đo phải nhỏ hơn 0,1m.

3. Tọa độ và độ cao trong hệ WGS-84 của các điểm thuộc đám mây dữ liệu được xác định thông qua: tọa độ, độ cao tâm thu phát laser, dữ liệu đo laser và dữ liệu đo IMU áp dụng phép lọc Kalman.

4. Sai lệch về độ cao của từng điểm phản hồi xung laser tạo thành đám mây điểm sau xử lý phải nhỏ hơn hoặc bằng 2/3 sai số cho phép của mô hình DEM cần thành lập.

5. Sử dụng trị đo từ các đường bay chặn để bình sai giữa các tuyến bay chính và các đường bay chặn.

6. Xử lý bình sai mặt phẳng và độ cao giữa dữ liệu đám mây điểm và các điểm đo tại các bãi chuẩn hiệu chỉnh được thực hiện theo phần mềm chuyên dụng dựa trên các giá trị độ lệch được xác định như sau:

7. Tiến hành phân loại tự động dữ liệu đám mây điểm thành lớp ground points và non-ground points bằng các phần mềm chuyên dụng trên cơ sở kết hợp ảnh cường độ phản hồi và ảnh số chụp được đồng thời phục vụ thành lập mô hình DEM và DSM.

1. Quá trình thành lập mô hình số độ cao và bình đồ ảnh số bao gồm các công đoạn chính như sau:

Bước 1. Tạo mô hình số bề mặt DSM, mô hình số độ cao, ảnh cường độ phản hồi (intensity image) theo mảnh bản đồ.

Bước 2. Tính toán các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh.

Bước 3. Chuyển đổi định dạng và tăng cường chất lượng hình ảnh.

Bước 4. Nắn ảnh, thành lập bình đồ ảnh số.

Bước 5. Chuẩn hóa mô hình số độ cao DEM.

2. Mô hình số độ cao (DEM) được xây dựng từ dữ liệu phản hồi cuối cùng (Last return). Mô hình số bề mặt (DSM) được xây dựng từ dữ liệu phản hồi đầu tiên (First return).

3. Ảnh cường độ phản hồi (intensity image) được tạo ra trong hệ tọa độ VN-2000 trên cơ sở sử dụng dữ liệu cường độ phản hồi (intensity) của tia laser và được sử dụng trong việc phân loại dữ liệu điểm. Giá trị ô lưới GRID của ảnh được nội suy từ giá trị cường độ tại các điểm LiDAR rời rạc. Độ phân giải của ảnh cường độ phản hồi được xác định trên cơ sở khoảng cách trung bình giữa các điểm phản hồi xung laser.

4. Xác định tham số định hướng ngoài cho ảnh được thực hiện bằng phần mềm kèm theo thiết bị dựa trên các tham số định hướng ngoài là dữ liệu đo GNSS, IMU và thời điểm chụp ảnh.

5. Chuyển đổi định dạng ảnh (về định dạng GeoTIFF) và tăng cường chất lượng hình ảnh từ ảnh gốc bay chụp bằng các phần mềm chuyên dụng.

6. Bình đồ ảnh số được lập trên cơ sở dữ liệu ảnh số đã được chuyển đổi từ ảnh gốc chụp đồng thời trong quá trình bay quét LiDAR và được sử dụng làm cơ sở để chuẩn hóa mô hình DEM và phục vụ thành lập bản đồ địa hình. Độ phân giải của bình đồ ảnh được xác định trên khoảng cách trung bình giữa các điểm phản hồi xung laser.

7. Chuẩn hóa mô hình DEM cần sử dụng kết quả khảo sát và các nguồn tư liệu khác, đặc biệt lưu ý các khu vực có cường độ LiDAR yếu, các khu vực ngập nước tại thời điểm bay chụp. Trong trường hợp cần thiết phải tiến hành đo đạc bổ sung tại thực địa.

8. Yêu cầu độ chính xác của mô hình DEM cần thành lập như sau:

1. Toàn bộ số liệu gốc từ thiết bị quét laser, IMU, GNSS, ảnh chụp dạng số và các kết quả tính toán trung gian.

2. Mô hình số độ cao DEM được lưu trữ ở 2 định dạng GRID nhị phân và ASCII kèm theo siêu dữ liệu (Metadata).

3. File dữ liệu đám mây điểm ở định dạng LAS (LAS format).

4. Các tệp tin bình đồ ảnh số ở định dạng GeoTIFF.

5. Mô hình số bề mặt DSM được lưu trữ ở 2 định dạng GRID nhị phân và ASCII kèm theo siêu dữ liệu (Metadata) hoặc ở các định dạng khác nếu có yêu cầu.

6. Kết quả đo ngoại nghiệp: xây dựng bãi chuẩn hiệu chỉnh, đo bổ sung (nếu có), đo nối trạm GNSS Base station, xây dựng mô hình Geoid địa phương (nếu có).

7. Báo cáo tổng kết kỹ thuật: nêu chi tiết thông tin về trang thiết bị sử dụng, phần mềm xử lý, các thông số bay quét LiDAR, kết quả bình sai dựa trên dữ liệu từ các tuyến bay chặn và các bãi chuẩn hiệu chỉnh, kết quả lọc phân loại điểm, đánh giá sai số của các bước xử lý, các thông số kỹ thuật của DEM.