Điểm khống chế mặt đất GCP trong đo đạc bằng Drone

Điểm khống chế mặt đất GCP trong đo đạc bằng Drone

Nếu bạn quyết định thực hiện lập bản đồ bằng bay không người lái, chắn chắn sẽ có tham chiếu từ các điểm khống chế mặt đất (GCP). Bởi, nếu bạn muốn độ chính xác, phương pháp phổ biến và đơn giản nhất là sử dụng GCPs. Bài viết sau đây sẽ cùng tìm hiểu điểm khống chế mặt đất GCP trong đo đạc bằng công nghệ UAV (máy bay không người lái) và các vấn đề xung quanh GCP.

Liên hệ Hotline: 0916181935 để khảo sát đo đạc địa hình bằng Drone.

Điểm khống chế mặt đất GCP là gì?

Điểm khống chế mặt đất (GCP) là các điểm (mục tiêu) được đánh dấu lớn trên mặt đất có vị trí địa lý (tọa độ) đã biết.

Khi bạn quyết định sử dụng kỹ thuật lập bản đồ bằng bay không người lái, hãy nhớ rằng mỗi dự án là duy nhất và yêu cầu độ chính xác khác nhau. Điều này có nghĩa là giá trị tọa độ 2D hoặc 3D được gán cho GCP, tùy thuộc vào mục tiêu cuối cùng của bạn. Độ chính xác của điểm địa vật trong đo đạc bằng máy bay không người lái có thể tốt như trong phạm vi milimet (hơi khó) đến đến vài mét khi bạn có sử dụng GCPs. 

rong nhiều dự án có sử dụng máy bay không người lái, nhiều dự án đòi hỏi độ chính xác tổng thể cùng với độ chính xác cục bộ tại mỗi khu vực. Lúc này đòi hỏi bạn phải rất am hiểu các vấn đề liên quan đến GCP kể cả khi bạn khảo sát đo đạc với Drone bằng PPK hay RTK.

Mẫu GCP phổ biến và đúng chuẩn nhất

Mẫu GCP thường dùng

Vậy, tại sao phải sử dụng điểm khống chế mặt đất GCP?

Thông thường, các máy bay không người lái của DJI phát triển có độ chính xác từ 1m đến 5m. Do đó, nếu không xử dụng GCP để nâng cao độ chính xác thì ta có thể hiểu độ chính xác của kết quả bay chụp trong bán kính +-5m. Điều này còn tệ hơn nếu bạn bay chụp trong điều kiện thời tiết xấu có ảnh hưởng lớn bởi gió, không đủ số lượng vệ tinh…

Nhưng nếu, ta thiết lập các điểm kiểm soát mặt đất GCP của mình với càng nhiều vị trí. Nó sẽ giúp nâng cao độ chính xác của tọa độ trên máy bay bằng các kỹ thuật hậu xử lý hay gọi là xử lý nội nghiệp. Thật ra, điện thoại thông minh hiện nay cũng có độ chính xác của GPS lên đến 4-6m rồi. Nên việc sai số 5m để sử dụng vào làm bản đồ thì không thuyết phục lắm. Đặc biệt những người yêu đo đạc như Đo Vẽ Nhanh. ^^

Có 2 loại độ chính xác cần tìm hiểu thêm?

Độ chính xác tương đối.

Độ chính xác tương đối khi khảo sát bằng UAV

Điều đòi hỏi độ chính xác tương đối cao là kích thước và hình dạng địa vật được điều chỉnh trên bản đồ. Mức độ mà một điểm nhất định trên bản đồ là chính xác so với các điểm khác trong cùng bản đồ đó.
Ví dụ: Nếu khoảng cách giữa 2 điểm là 2 mét trong thế giới thực, thì nó cũng nên đo 2 mét trên bản đồ của bạn. Độ chính xác tương đối thường áp dụng trong khảo sát đo đạc giả định hệ tọa độ.

Độ chính xác tuyệt đối bằng UAV

Độ chính xác tuyệt đối được xác định bởi khoảng cách của các điểm trên bản đồ so với vị trí thực tế trong thế giới thực. Điều này rất quan trọng khi bạn muốn tọa độ tất cả địa vật đưa về cùng với hệ tọa độ của địa phương phải đạt độ chính xác cao.

Ví dụ, sau khi đo đạc bằng UAV tại Thành phố Hồ Chí Minh, bạn phải đưa bản đồ về hệ tọa độ VN2000, múi chiếu 3 độ 105 45 thì kết quả địa vậy phải trùng khớp.

Cách tính độ chính xác của đo đạc khảo sát bằng Drone như thế nào?

Độ chính xác khảo sát bằng drone phụ thuộc vào yếu tố nào? Một trong những yếu tố chính quyết định độ chính xác là khoảng cách lấy mẫu mặt đất hoặc GSD.

GSD viết tắt thuật ngữ Ground Sample Distance – nghĩa là kích thước mẫu mặt đất. Nghĩa là

GSD khi khảo sát bằng drone

GSD là gì

Khoảng cách lấy mẫu mặt đất (GSD) có thể được định nghĩa là khoảng cách giữa hai vật nằm trên bề mặt trái đất tương ứng với 1 pixel trên ảnh. Giá trị của hình ảnh GSD càng lớn, độ phân giải của hình ảnh càng thấp và các chi tiết ít nhìn thấy hơn.

Nó ảnh hưởng đến độ chính xác tương đối của các phép đo. Cũng nên nhớ rằng GSD có liên quan đến chiều cao chuyến bay, độ cao của chuyến bay càng cao. Độ chính xác tương đối ngang là 2 lần GSD và độ chính xác tương đối dọc là 3 lần GSD.

Ví dụ: Nếu GSD là 3 cm mỗi pixel, độ chính xác tương đối ngang là 6 cm và độ chính xác tương đối dọc là 9 cm. Độ chính xác tương đối của mục tiêu dự án cần được chọn tùy thuộc vào yêu cầu của dự án. Vì vậy, khi bạn giải thích cho khách hàng về độ chính xác, trước tiên hãy thử đánh giá loại chính xác họ cần  ở mức độ nào. Điều này sẽ giúp bạn xác định cách lên kế hoạch cho chuyến bay và xử lý hình ảnh sắp tới.

Đôi khi GSD nên đọc là độ phân giải mặt đất cho hay hơn.

Cách tính GSD như thế nào? Xem bài: Độ phân giải mặt đất GSD và cách tính toán GSD

Cách tính điểm GCPs cần thiết?

Đo đạc khảo sát địa hình bằng UAV

Nếu bạn đặt rất ít GCPs trong khu vực khảo sát, bạn có thể nhận được kết quả có nhiều sai số do thiếu GCP đại diện khu vực. Điều quan trọng nữa là hãy nắm chính xác khu vực bạn cần bay chụp để thiết lập các điểm GCP. Một địa hình phức tạp cần nhiều điểm GCP để đại diện, khu vực bằng phẳng có mật độ GPC ít hơn khu vực địa hình có nhiều biến động. Đó là một kinh nghiệm quý báu được chia sẻ bởi các chuyên gia về nội suy mô hình độ cao: DEM hoặc TIN….Các phép nội suy sẽ được viết ở một bài viết khác.

Mọi người thường sử dụng Google Earth để lập kế hoạch thiết lập các GCP trước khi họ đi ra ngoài hiện trường. Sau đây là một số lưu ý:

  1. Tối thiểu 4 GCP trong khu vực bạn đang đo để có được phép đo chất lượng. Hãy nhớ rằng nếu bạn có diện tích lớn, bạn cần thêm nhiều GCPt để có độ chính xác cao hơn. 4 điểm tối thiểu sẽ giảm biến dạng hình học của địa vật trên ảnh. Tuy nhiên, để thành lập các loại bản đồ địa hình bạn cần nhiều hơn thế, thậm chí bạn còn dùng cả các phương tiện hiện đại tối ưu hơn là chỉ dùng mỗi GCP. GCP lúc này chỉ để nâng cao thêm 1 bậc độ chính xác và kiểm tra đánh giá độ chính xác của phương pháp đo đạc bằng UAV PPK, RTK. Xem bài: Đo đạc khảo sát địa hình bằng UAV phương pháp PPK và GCP
  2. Nếu đó là một khu vực khá rộng, bạn cần từ 6 đến 10 điểm kiểm soát mặt đất tối thiểu.

Khi nào cần thiết lập điểm GCP

Nếu bạn quan tâm đến độ chính xác tuyệt đối, bạn cần GCP. Với độ chính xác tuyệt đối, bạn sẽ có được hình ảnh định vị chính xác và vị trí địa vật chính xác theo hệ tọa độ quy định. GCP không những nâng cao độ chính xác của việc đo đạc khảo sát bằng Flycam mà còn dùng trong các trường hợp sau đây:

  • Làm rõ ranh giới của bất động sản hay khu vực đo đạc
  • Cần để đánh giá kết quả đo đạc bằng Flycam ở đồ chính xác cao
  • Dùng để xem xét các cấu trúc địa vật hiện có, vì sẽ nắng lại ảnh ở độ chính xác cao giảm các biến dạng hình thể dẫn đến bảo toàn cấu trúc của đối tượng.

Phân phối điểm GCP hợp lý như thế nào?

Điểm khống chế mặt đất GCP trong đo đạc bằng Drone

Một điều bạn cần nhớ là phân phối đúng GCP của bạn rất quan trọng, bởi vì ngay cả khi bạn có 10 điểm GCP mà tập trung 1 chỗ thì các khu vực bên ngoài đó sẽ không có độ chính xác tương đối cao cũng như độ chính xác tuyệt đối. Bởi nó sẽ xảy ra biến dạng ở những vùng không có hoặc thưa điểm GCP. Một điểm GCP nó sẽ đại diện mẫu cho 1 khu vực về độ cao, tọa độ…Do đó, các địa điểm GCP, bạn phải đặt chúng ở những nơi cụ thể để có được số đo chính xác và đại diện được cho 1 khu vực.

Ví dụ: Để khảo sát địa hình bằng UAV, bạn thiết lập 10 điểm GCP nhưng phần lớn nó ở các vị trí bằng phẳng. Còn ít điểm ở khu vực cao độ cao thay đổi nhiều thì kết quả nội suy bản đồ địa hình sẽ bị sai số. Trọng số nội suy sẽ dồn về khu vực bằng phằng làm cho số liệu địa hình ở những vùng có độ cao bằng phẳng sẽ bị tác động là không thể hiện được mức độ biến động địa hình ở khu vực đó. Chưa hiểu thì liên hệ mình qua hotline giải thích nhé.

Việc phân phối GCP như đã nói ở trên, nó đòi hỏi người thiết kế có nhiều kinh nghiệm.

Sự khác biệt giữa GCP và Điểm kiểm tra (Check Point)

GCP thường được sử dụng để chỉnh sửa hình ảnh đã được xử lý bằng phần mềm Pix4D hoặc phần mềm tương tự. Đưa hình ảnh đó vào hệ tọa độ địa phương trong thế giới thực và đôi khi nó có thể là hệ thống tọa độ cục bộ giả định. Thông thường, các GCP được đặt ở các cạnh bên ngoài ranh dự án cùng với một số điểm ở trung tâm khu vực khảo sát. GCP thường không cách nhau quá 300 m đến 450 m.

Điểm kiểm tra được sử dụng độc lập để đánh giá rằng kết quả chuyến bay đạt yêu cầu, tọa độ, cao độ đạt độ chính xác cần thiết. Điểm kiểm tra không phải lấy bất kỳ mà tốt nhất là các điểm đó nên cách đều nhau. Dùng check point để kiểm tra đánh giá độ chính xác kết quả đo đạc bằng Flycam sẽ được giới thiệu ở bài khác.

Các loại điểm GCP thường gặp

Mẫu GCP thường thấy

  1. 3D Point (x, y, z): Thông thường và được sử dụng nhiều nhất sẽ là Điểm 3D (X, Y, Z)
  2. Point 2D (x, y):  Trong một số trường hợp, bạn có thể có các điểm kiểm soát mặt đất chỉ có X & Y và không có bất kỳ Z nào trên chúng. Thường dùng cho không ảnh không cần giá trị độ cao bề mặt. Các kiến trúc sư thường dùng GCP 2 D này để tạo ảnh trực giao tham khảo trong quá trình thiết kế.
  3. Chỉ có Z (elevation): Thường không dùng, check point thì hay dùng.

Các loại điểm kiểm tra Check Point

Không có gì khác nhau giữa điểm Check Point và điểm GCP. Ngoài trừ mục đích sử dụng, Check Point dùng để kiểm tra lại độ cao Z, hoặc tọa độ X, Y của kết quả đo đạc. Từ đó, đánh giá được độ chính xác của kết quả khảo sát bằng Drone. Quan trọng nhất là giá trị Z để kiểm tra độ cao của kết quả đo đạc bằng Drone.

Định dạng dữ liệu GCP (format GCP)

Có rất nhiều định dạng khác nhau của điểm khống chế mặt đất GCP. Sau đây là 3 loại định dạng phổ biến nhất:

  1. Định dạng chuẩn là X, Y, Z thường ngành địa chính hay dùng.
  2. Hướng Bắc, Đông, Độ cao (Y, X, Z) thường dùng trong trắc địa.
  3. Vĩ độ, kinh độ và độ cao (Y, X, Z) là kết quả chính của hầu hết các hệ thống GPS.

Như vậy, Đo Vẽ Nhanh đã giới thiệu gần như tất cả các vấn đề về điểm khống chế mặt đất hoặc điểm kiểm soát mặt đất GCP. Hy vọng bài viết này hữu ích nhiều người, nhất là các bạn đang tìm hiểu về công nghệ đo đạc khảo sát mới UAV.

Xem thêm bài: Đo đạc khảo sát địa hình bằng UAV phương pháp PPK và GCP