Tóm tắt Luận án Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác của mô hình số bề mặt được thành lập từ ảnh radar

 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. 
4 
Đặc biệt trong các năm gần đây, để tăng hiệu quả kinh tế và kỹ 
thuật, các nghiên cứu về ảnh hưởng của khí quyển đến chất lượng 
của ảnh giao thoa và các khả năng loại trừ ảnh hưởng này có các 
nghiên cứu của: Gens (1998), Hanssen (2001); Zebker (1994b);Ding 
và cộng sự (2008). Nhiều giải pháp đã được nghiên cứu và đề xuất để 
giảm thiểu ảnh hưởng của khí quyến đến chất lượng InSAR bao gồm: 
phương pháp mô hình hóa nhiễu ảnh và các dữ liệu đo GPS, sử dụng 
mô hình dữ liệu khí tượng; sử dụng dữ liệu vệ tinh từ các vệ tinh 
MODIS và MERIS 
Về sự không tương quan về đường đáy ảnh có rất nhiều các 
nghiên cứu đã nghiên cứu dựa trên các cặp ảnh Sentinel-1 với các 
kích thước đường đáy ảnh là khác nhau nhưng chụp cùng một khu 
vực, cũng khẳng định rằng đường đáy ảnh hưởng đến độ chính xác 
khi tạo DSM do đó chắc chắn nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của 
InSAR, nhưng để khắc phục được điều này rất cần các nghiên cứu 
tiếp theo. 
Quy trình xử lý trong InSAR bao gồm các công đoạn: đồng 
đăng ký ảnh, tạo giao thoa và lọc nhiễu pha, mở pha và tạo DSM. 
Việc đồng đăng ký hai ảnh SAR là bước đầu tiên trong quy trình 
xử lý giao thoa và nó là một trong những bước xử lý quan trọng nhất liên 
quan đến chất lượng giao thoa. Để tăng độ tin cậy cho quá trình đồng 
đăng ký ảnh, Liao (2000) đã nghiên cứu phương pháp khớp ảnh tự động 
qua nhiều bước từ đăng ký thô, tới đăng ký chính xác và bình sai... Một 
phương khác được ứng dụng để đồng đăng ký ảnh SAR trong miền 
Fourier được nghiên cứu bởi Adbelfattah và Nicolas (2004); Tang và 
nnk., (2013); Skanderi và nnk., (2013). Trong nghiên cứu này, các tác 
giả sử dụng thuật toán Fourier biến đổi nhanh - Fast Fourier Transform 
(FFT) để tự động tìm các điểm khớp trên ảnh chính và tìm kiếm sự 
tương ứng của mỗi điểm trên ảnh phụ. Phương pháp này có ưu điểm là 
hoạt động rất nhanh và hiệu quả, nhưng nó chỉ thích hợp cho các khu 
vực ít có sự biến đổi (đồng nhất) và tương đối bằng phẳng. 
Ngoài ra để quá trình giải pha được dễ dàng với độ chính xác cao 
thì lọ nhiễu pha l m t ướ quan trọng trong quá tr nh lý n 
(Suo, 2010, Suo và nnk. 2016, Zhao, 2012 ). Một phương pháp lọc nhiễu 
lý tưởng phải có khả năng giảm tối đa phần pha dư (phase residues) thành 
phần thể hiện v ng pha bị lỗi, trong khi v n bảo toàn được các vân giao 
thoa (fringes) (Li, 2015). Hiện nay, các phương pháp lọc nhiễu pha được 
chia thành hai nhóm chính: Phương pháp lọc nhiễu trên miền không gian 
5 
(spatial domain) của Schuler (1996); Abdelfattah (2004), Trouve (1998), 
Feng (2016) và phương pháp lọc nhiễu trên miền tần số (frequency 
domain) như: Zhao (2012); Zebker (1994a), Wang (2011). 
 aran và nnk. đã đề xuất phương pháp lọc nhiễu Goldstein cục 
bộ với tham số alpha ( ) thay đổi theo giá trị tương quan của cửa sổ 
lọc, các v ng có tương quan thấp được lọc nhiều hơn v ng có tương 
quan cao, nhờ đó bảo tồn các thông tin pha giao thoa nhiều hơn so 
với phương pháp Goldstein gốc. Để tính tham số alpha trong ph p lọc 
Goldstein được đề xuất bởi Song, Guo với việc sử dụng kỹ thuật 
phân tích EMD (Song và nnk (2014 ). 
 thuật th h nghi láng giềng (Adaptive-neighbourhood) đã 
được Song (2015) sử dụng tích hợp với phương pháp lọc Goldstein nhằm 
nâng cao độ chính xác ph p lọc pha giao thoa bằng cách sử dụng giá trị 
pha của các điểm ảnh láng giềng để tính và gán cho điểm ảnh x t. 
Vì vậy, để cải thiện độ chính xác xây dựng DSM bằng phương 
pháp InSAR thì việc đăng ký ảnh SAR và lọc nhiễu pha trong InSAR, 
cần giải quyết. Và đây cũng chính là nội dung chính của luận án này. 
1.3.2. Trong nước 
Ở nước ta việc sử dụng viễn thám radar để thành lập mô hình 
số độ cao cũng được rất nhiều các nhà khoa học quan tâm như trong 
nghiên cứu của Trần Vân Anh (2004), (2007), Trong nghiên cứu sụt 
lún như: Trần Vân Anh (2007), Phạm Quang Vinh và các cán bộ 
nghiên cứu của Viện Địa lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 
đã sử dụng ảnh ENVISAT ASAR và JERS-1 
Hiện nay, ở trong nước đã có rất nhiều các nghiên cứu ứng dụng 
ảnh radar để thành lập DEM như: Nguyễn Bá Duy (2009), đã tiến hành 
thành lập DEM bằng phương pháp InSAR, và tư liệu ảnh sử dụng 
trong nghiên cứu này là ảnh thu được từ các vệ tinh ERS-1 (Earth 
Resources Satellite-1) và ERS-2 (Earth Resources Satellite-2) của Cơ 
quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Nguyễn Minh Hải (2014), đã xác định 
biến dạng địa hình trong tạo DEM bằng cách phân tích sự lệch pha của 
Radar giao thoa. Đối với kỹ thuật tạo giao thoa có thể kể đến nghiên 
cứu của Hồ Tống Minh Định (2006), Trần Thanh Hà (2017), các tác 
giả đã ứng dụng kỹ thuật InSAR để xây dựng DEM. Kết quả ban đầu 
đạt được cho thấy độ chính xác của DEM tạo từ ảnh SAR có thể đạt từ 
±2m-±7m ở khu vực đồng bằng và ±10m-±20m ở khu vực đồi núi. 
Tuy nhiên, sự thành công của kỹ thuật phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác 
như bộ cảm SAR thu nhận, đường đáy, sự tuơng quan, lời giải bài toán 
6 
mở pha Đặc biệt, bài toán mở pha cần được giải một cách chính xác 
để nâng cao độ chính xác thành lập DEM. 
Trần Vân Anh (2014), cũng chỉ ra rằng độ chính xác của DEM 
chịu ảnh hưởng của yếu tố ngoại cảnh. Tác giả đã đánh giá sự ảnh hưởng 
của các yếu tố ngoại cảnh đến kết quả tạo giao thoa của cặp ảnh trong 
việc xây dựng mô hình số địa hình. Ngoài ra, để nâng cao độ chính xác 
chiết xuất các điểm đặc trưng phục vụ đồng đăng ký ảnh có thể ứng 
dụng phép biến đổi wavelet Trần Thanh Hà (2017). 
1.4. Đánh giá kết quả nghiên cứu đạt đƣợc 
Các kết quả nghiên cứu được công bố trên các tạp chí khoa 
học trong và ngoài nước, đã khẳng định khả năng ứng dụng của ảnh 
radar trong tạo DSM. Các kết quả nghiên cứu cũng khẳng định rằng 
trong qui trình xây dựng DSM bằng phương pháp giao thoa, công 
đoạn đồng đăng ký ảnh là một trong những công đoạn quan trọng ảnh 
hưởng đến độ chính xác của sản phẩm cuối cùng DSM. Dữ liệu gốc 
được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học đã công bố chủ yếu là 
tư liệu ERS - 1,2, Envisat ASAR, ALOS kênh L và TerrSAR - X. 
V n chưa có nhiều nghiên cứu thử nghiệm trên tư liệu Sentinel - 1A, 
đi c ng tư liệu này là phần mềm xử lý ảnh SNAP để xây dựng DSM. 
Trong phần mềm đã sử dụng, quá trình đồng đăng ký được hoàn 
toàn tự động từ bước áp dụng một kích thước của sổ cố định tới chọn 
điểm khớp trên ảnh, nên độ chính xác của DSM được thành lập chưa 
cao, sai số đạt từ 20m đến 30m (tùy thuộc vào độ phân giải của ảnh). 
1.5. Những vấn đề đƣợc phát triển trong luận án 
Dựa trên các kết quả nghiên cứu đã đạt được, NCS tiếp tục 
nghiên cứu giải pháp xử lý ảnh SAR nhằm nâng cao chất lượng của 
DSM được thành lập từ ảnh radar bằng phương pháp InSAR ph hợp 
trong điều kiện của Việt Nam bao gồm: 
- Nghiên cứu thành lập DSM từ tư liệu ảnh radar và các yếu tố 
ảnh hưởng đến độ chính xác của DSM được thành lập bằng phương 
pháp InSAR. 
- Nghiên cứu ứng dụng phép biến đổi wavelet trong phân tích 
hiệu ảnh SAR để tự động chiết xuất các điểm đặc trưng, chọn kích 
thước cửa số khớp ảnh phục vụ quá trình đồng đăng ký ảnh. 
- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp lọc nhiễu Goldstein tích 
hợp kỹ thuật thích nghi láng giềng có trọng số để nâng cao độ chính 
xác của DSM. 
- Thử nghiệm thành lập DSM dựa trên giải pháp đã trình bày, 
với tư liệu nghiên cứu thử nghiệm trong luận án là tư liệu kênh C 
(Sentinel- 1A). 
7 
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG ẢNH RADAR 
TRONG THÀNH LẬP MÔ HÌNH SỐ BỀ MẶT (DSM) 
2.1. Nguyên lý thu nhận ảnh radar 
2.2. Hệ SLAR 
2.2.1 Nguyên lý hoạt đ ng của SLAR 
2.2.2 Đ phân giải không gian 
2.3. Nguyên lý hoạt động của SAR 
2.4. Các vệ tinh radar 
2.5. Các tính chất đặc trƣng của ảnh rad ... nhóm nền 
và nhóm lọc: 
16 
+ Phân loại lần 1: 8 điểm ảnh láng giềng trực tiếp g(k, l) của 
điểm ảnh g(m, n) lần lượt được kiểm tra để phân loại. 
+ Phân loại lần 2:Tính giá trị trung bình các điểm ảnh nhóm 
lọc nmg , và gán cho điểm ảnh x t. Phân loại lại các điểm ảnh 
thuộc nhóm nền. 
TIỂU KẾT CHƢƠNG 3 
Phép biến đổi xấp xỉ sóng nhỏ - biến đổi wavelet là một trong 
những phép biến đổi đã và đang được sử dụng phổ biến trong xử lý 
tín hiệu. Với một số ưu điểm về cơ sở toán học, về tính bất biến về vị 
trí, tính bảo toàn thông tin, phép biến đổi wavelet có thể được sử 
dụng trong xử lý tín hiệu của ảnh radar và đặc biệt có hiệu quả trong 
phương pháp đo radar giao thoa. 
Trong phương pháp giao thoa, ph p biến đổi wavelet được sử 
dụng để phân tích các ảnh và hệ số tự tương quan trong nhằm mục 
đích tự động chọn kích thước cửa sổ khớp, khớp điểm tự động trong 
công đoạn đồng đăng ký cặp ảnh radar giao thoa. 
Lọc nhiễu được xem như là một giải pháp quan trọng để nâng 
cao độ chính xác của DSM thành lập bằng phương pháp InSAR. Để 
giảm thiểu ảnh hưởng của các pha lỗi, bảo tồn vân giao thoa với mục 
đích tăng độ chính xác và hiệu quả mở pha, NCS đã đề xuất phương 
pháp lọc nhiễu Goldstein tích hợp kỹ thuật thích nghi láng giềng có 
trọng số. 
CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 
4.1. Khu vực nghiên cứu. Khu vực thử nghiệm trong luận án 
là các vùng Quảng Ninh và Ninh Thuận có địa hình tương đối đặc 
trưng, và có đầy đủ các tư liệu, dữ liệu cần thiết. 
4.2. Dữ liệu sử dụng 
4.2.1. Ảnh SAR: NCS chọn dữ liệu Sentinel-1A. Sentinel-1A 
là vệ tinh đầu tiên thuộc dự án Copernicus, với mục đích theo dõi sự 
biến đổi khí hậu và giám sát môi trường ở trái đất. Hai cặp ảnh SAR 
được thu nhận cách nhau 12 ngày nên sự tương quan giữa hai ảnh thu 
được tại một khu vực nghiên cứu rất lớn. 
17 
Ảnh chính 
Ảnh phụ 
Hình 4.1. Ảnh Sentinel - 1A khu vực Quảng Ninh 
Ảnh chính 
Ảnh phụ 
Hình 4.2. Ảnh Sentinel - 1A khu vực Ninh Thuận 
Bảng 4.1. Dữ liệu ảnh cho khu vực nghiên cứu 
Khu 
thực 
nghiệm 
Dữ 
liệu 
Ngày thu Độ phân giải (m) Quỹ 
đạo 
Kích thƣớc 
ảnh 
Đƣờng 
đáy 
(m) 
Phƣơng vị Hƣớng 
tầm 
Quảng 
Ninh 
SLC 14/05/2017 13.98 2.33 16577 518 x 605 124 
SLC 26/05/2017 13.98 2.33 16752 624 x 686 
Ninh 
Thuận 
SLC 09/10/2017 14.00 2.33 18742 1651 x 1461 126 
SLC 21/10/2017 14.00 2.33 19092 1654 x 1460 
4.2.2. Ảnh h ng không: Dữ liệu để so sánh là DSM được 
thành lập từ ảnh hàng không chụp năm 2017 do Xí nghiệp bay chụp 
và Đo vẽ ảnh của Tổng CT Trắc địa - ản đồ, Cục ản đồ ộ Tổng 
Tham mưu, QP đã tiến hành bay chụp ảnh các khu vực Quảng Ninh 
và Ninh Thuận phục vụ cho công tác đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1/10 000. 
Máy chụp ảnh sử dụng là máy chụp ảnh kỹ thuật số Vexcel Ultracam, 
độ cao bay chụp ảnh: Khu vực Quảng Ninh: 3230m; Khu vực Ninh 
Thuận:.5850m. 
 Từ tư liệu ảnh, Xí nghiệp đã tiến hành tăng dày và đo vẽ ảnh 
để thành lập bản đồ tỷ lệ 1/10 000 với khoảng cao đều 5m. 
18 
 Từ tư liệu ảnh hàng không của các khu vực Quảng Ninh và 
Ninh Thuận, đã tạo được DSM, với kết quả như sau: 
DSM của Quảng Ninh 
DSM của Ninh Thuận 
Hình 4.3. DSM từ ảnh hàng không 
Từ tư liệu ảnh hàng không của các khu vực Quảng Ninh và Ninh 
Thuận, đã tiến hành xây dựng DSM-0 trên trạm đo vẽ ảnh số. Độ chính xác 
của DSM được đánh giá theo tọa độ và độ cao của các điểm khống chế ảnh, 
với các giá trị tương ứng: Về mặt phẳng mmXY 2.1 ; về độ cao: 
mmh 7.1 của khu vực Quảng Ninh và Ninh Thuận là mmXY 1.1 ; 
về độ cao: mmh 5.1 . 
4.3. Xây dựng DSM từ ảnh Sentinel-1A bằng phần mềm SNAP 
 Phần mềm thương mại SNAP được phát triển bởi Array 
Systems Computing gồm các hộp công cụ như: đọc và viết dữ liệu, 
xử lý, hiển thị và phân tích để hỗ trợ những dư liệu có dung lượng lớn 
như: Sentinel -1, ERS - 1 và 2, Envisat. Từ hai cặp ảnh Sentinel - 1A 
xây dựng được DSM trên phần mềm SNAP mà không có bất kỳ can 
thiệp kỹ thuật nào, Và kết quả đạt được DSM: 
DSM của Quảng Ninh 
DSM của Ninh Thuận 
Hình 4.4. DSM của khu vực Quảng Ninh và Ninh Thuận 
Kết quả DSM được xây dựng bằng phần mềm SNAP sai số 
trung phương đạt ± 4.13m và ± 3.90m. 
19 
4.4. Xây dựng DSM bằng phần mềm SNAP kết hợp các giải pháp 
kỹ thuật đã đề xuất 
4.4.1. Giải pháp nâng ao đ chính xác đồng đăng ký ảnh 
Phân tích ảnh SAR xác định kích thước cửa sổ tối ưu 
Hình 4.5. Sự biến thiên của hệ số tự tương quan ở khu vực 
Quảng Ninh 
Hình 4.6. Sự biến thiên của hệ số tự tương quan ở khu vực Ninh Thuận 
Theo như phân tích, với khu thực nghiệm Quảng Ninh, kích 
thước cửa sổ 81*81 là kích thước cửa sổ tối ưu, được sử dụng khớp 
điểm ảnh đặc trưng . Còn ở khu thực nghiệm Ninh Thuận, kích thước 
cửa sổ 65*65 là kích thước cửa sổ tối ưu. 
Qua khảo sát thực nghiệm chúng ta nhận thấy rằng, cùng một 
loại dữ liệu radar sử dụng nhưng đối với từng loại địa hình khác 
nhau thì kích thước cửa sổ tối ưu cũng khác nhau. Điều này đã khằng 
định tính đúng đắn của phương pháp và thuật toán sử dụng. 
Tự động chiết tách điểm đặc trưng và khớp điểm 
Khi ảnh SAR được tự động phân tích thì điểm đặc trưng được 
chọn ở mức thấp nhất (ảnh xấp xỉ) bằng modul wavelet cực đại. Đối 
với mỗi điểm ảnh mỗi giá trị gradient có thể được tính theo các giá 
trị gradient thành phần theo hướng x và y. Sau đó, giá trị ngưỡng 
được chọn để chiết xuất điểm đặc trưng. 
Tất cả các điểm khớp được phân bố đều trên ảnh cho dù chúng 
được chọn trong dạng lưới hoặc được trích xuất bằng wavelet. 
Khi các điểm đặc trưng được chọn bước tiếp theo là khớp 
điểm. Việc khớp điểm đặc trưng được thực trong tầng phân tích LL 
của phép biến đổi wavelet từ mức thấp nhất đến mức cao và các điểm 
này được khớp với nhau dựa trên hệ số tương quan ch o. Để khẳng 
định mức độ tin cậy của phép biến đổi wavelet trong chiết tách điểm 
đặc trưng chúng ta sẽ so sánh chất lượng của DSM được tạo từ hai từ 
hai phương pháp grid và wavelet. 
pixel 
pixel 
20 
a) DSM với các điểm mắt lưới 
b) DSM với điểm đặc trưng 
Hình 4.7. DSM (khu vực Quảng Ninh) 
a) DSM với các điểm mắt lưới 
b) DSM với điểm đặc trưng 
Hình 4.8. DSM (khu vực Ninh Thuận) 
Bảng 4.2. Bảng thống kê sai số của DSM 
tạo ra bằng các mắt lƣới khác nhau 
Khu vực thực 
nghiệm 
Tạo DSM từ các điểm 
mắt lƣới grid 
Tạo DSM từ các 
điểm đặc trƣng 
RMSE (m) RMSE (m) 
Quảng Ninh 7.61 4.08 
Ninh Thuận 8.33 4.35 
4.4.2 Phương pháp lọc nhiễu pha đề xuất 
Để chứng minh hiệu quả của phép lọc thì ảnh giao thoa của 
khu vực nghiên cứu sẽ được lọc bởi ba phép lọc phép lọc nhiễu 
Goldstein tích hợp kỹ thuật thích nghi láng giềng có trọng số, phép 
lọc Goldstein, Goldstein cục bộ. 
21 
Bảng 4.3. Kết quả của các phép lọc khác nhau 
Phép lọc 
KV. Quảng Ninh KV. Ninh Thuận 
SSTP pha Mức độ 
cải thiện 
SSTP pha Mức độ 
 cải thiện 
Chưa lọc 1.2846 1.2914 
Goldstein 0.9851 23.31% 0.9578 25.83% 
Goldstein cục bộ 0.9107 29.11% 0.8763 32.14% 
Goldstein tích hợp 0.8572 33.27% 0.8346 35.37% 
4.4.3 Xây dựng DSM bằng các giải pháp k thuật kết hợp với 
phần mềm SNAP 
Kết quả sau khi chạy chương trình tự động đồng đăng ký ảnh 
thì NCS đã sử dụng kết quả này để tạo giao thoa. Sau khi có pha giao 
thoa NCS tiếp tục áp dụng phép lọc nhiễu phép lọc Goldstein tích 
hợp kỹ thuật thích nghi láng giềng có trọng số để lọc nhiễu pha giao 
thoa. Kết quả của phép lọc lại tiếp tục đưa vào phần mềm SNAP để 
thực hiện mở pha và tạo DSM. Kết quả ta có các DSM thành quả của 
hai khu vực. 
Khu vực Quảng Ninh 
Khu vực Ninh Thuận 
Hình 4.9. DSM khu vực nghiên cứu 
Kết quả DSM-2 được xây dựng bằng các giải pháp kỹ thuật 
kết hợp với phần mềm SNAP có sai số trung phương đạt ± 1.39m và 
± 1.19m. 
4.5. Đánh giá độ chính xác DSM 
Để đánh giá độ chính xác của DSM được thành lập từ ảnh 
radar với việc sử dụng kết hợp các giải pháp kỹ thuật đã đề xuất, 
NCS đã sử dụng DSM của hai khu vực Quảng Ninh và Ninh Thuận 
22 
đã được xây dựng từ ảnh hàng không chụp tháng 11/2017 làm DSM 
“chuẩn” để so sánh với các DSM được xây dựng từ ảnh radar sentinel 
- 1A kênh C bằng phần mềm SNAP không và có sử dụng các giải 
pháp kỹ thuật đã đề xuất. Ký hiệu như sau: 
- DSM được xây dựng từ ảnh hàng không là: DSM-0; 
- DSM được xây dựng từ ảnh radar bằng phần mềm SNAP 
không sử dụng các giải pháp kỹ thuật, là DSM-1; 
- DSM được xây dựng từ ảnh radar bằng phần mềm SNAP kết 
hợp sử dụng các giải pháp kỹ thuật, là DSM-2; 
Kết quả thể hiện như sau: 
4.5.1. Khu vực Quảng Ninh 
Trong khu vực Quảng Ninh đã sử dụng 88 điểm để so sánh 
độ cao của các DSM; Trong đó 20 điểm có độ cao > 100m và 68 
điểm có độ cao < 100m. Để tính sai số trung phương độ cao của các 
DSM, NCS đã sử dụng công thức (2.37). 
Kết quả so sánh sai số trung phương về độ cao của các điểm 
kiểm tra giữa các DSM-1 và DSM-2 với DSM-0 lần lượt là ± 4.13m 
và ± 1.39m. 
4.5.2. Khu vực Ninh Thuận 
Trong khu vực Ninh Thuận đã sử dụng 214 điểm để so sánh 
độ cao của các DSM; Trong đó 78 điểm có độ cao > 100m và 76 
điểm có độ cao < 100m. Để tính sai số trung phương độ cao của các 
DSM, NCS đã sử dụng công thức (2.37). 
Kết quả so sánh độ cao của các điểm kiểm tra giữa các DSM-1 
và DSM-2 với DSM-0 lần lượt là ± 3.90m và ± 1.19m. 
TIỂU KẾT CHƢƠNG 4 
Phần thực nghiệm của luận án đã Sử dụng tư liệu ảnh 
Sentinel -1A kênh C, tiến hành xây dựng DSM của các khu vực 
Quảng Ninh và Ninh Thuận theo phương pháp InSAR bằng phần 
mềm thương mại SNAP. Kết quả thu được mô hình số bề mặt DSM-
1. So sánh DSM-1 với DSM-0 để đánh giá độ chính xác của mô hình 
số bề mặt được xây dựng từ ảnh radar. Ở khu vực Quảng Ninh sai số 
trung phương đạt ± 4.13m; Ở khu vực Ninh Thuận sai số trung 
phương đạt ± 3.90m; 
23 
Cũng với tư liệu ảnh radar nói trên, tiến hành xây dựng DSM-
2 bằng phần mềm SNAP, nhưng sử dụng các giải pháp kỹ thuật đã đề 
xuất trong đồng đăng ký ảnh, chọn và khớp điểm đặc trưng và lọc 
nhiễu pha. 
Để đánh giá NCS đã sử dụng DSM-0 cũng của khu vực Quảng 
Ninh và Ninh Thuận được xây dựng từ ảnh hàng. Ở khu vực Quảng 
Ninh sai số trung phương đạt ±1.39m; Ở khu vực Ninh Thuận sai số 
trung phương đạt ±1.19mm; 
Như vậy với việc sử dụng các giải pháp kỹ thuật đã đề xuất, 
độ chính xác của DSM được xây dựng từ ảnh radar đã được nâng cao 
với sai số trung phương giảm gần ±2m. Điều này đã khẳng định khả 
năng sử dụng ảnh radar trong xây dựng DSM phục vụ cho các mục 
đích ứng dụng khác nhau trong nghiên cứu bề mặt địa hình, tài 
nguyên và môi trường của bề mặt Trái đất trên diện rộng, với chi phí 
thời gian, chi phí sản xuất ít nhất và thường xuyên được cập nhật 
trong mọi điều kiện thời tiết. 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1. Kết luận 
Luận án đã tiếp cận có hệ thống các giải pháp để nâng cao chất 
lượng giao thoa bằng cách nâng cao độ chính xác của đồng đăng ký 
ảnh và lọc nhiễu pha. Nhiều thí nghiệm đã được tiến hành để chứng 
minh độ tin cậy của phương pháp đề xuất. Từ các kết quả thực 
nghiệm và phân tích lý thuyết có thể rút ra những kết luận sau: 
Phép biến đổi wavelet hoàn toàn có thể ứng dụng trong việc 
chiết xuất các điểm đặc trưng trên ảnh SAR để phục vụ quá trình 
đồng đăng ký ảnh. Và xác kích thước cửa số tối ưu trong quá trình 
khớp điểm cũng được xác định dựa trên phân tích tự tương quan. Kết 
quả đã khẳng đinh được tính được đúng đắn của phương pháp. 
Với mục đích lọc nhiễu pha trên ảnh giao thoa, phương pháp 
lọc Goldstein được thực hiện trên miền tần số có tốc độ xử lý nhanh 
và có khả năng lọc nhiễu cao, nhưng lại làm mất tính liên tục của pha 
trong các vùng có vân giao thoa dày đặc. Khi được kết hợp với kỹ 
thuật láng giềng có trọng số, phương pháp lọc Goldstein có khả năng 
loại bỏ tối đa phần pha dư, thể hiện vùng pha bị lỗi, trong khi đó v n 
bảo toàn được các vân giao thoa. 
24 
Các chương trình tự động đồng đăng ký ảnh, lọc nhiễu pha đã 
được xây dựng có thể được sử dụng kết hợp với phần mềm thương 
mại SNAP để xây dựng DSM từ ảnh radar. Sự kết hợp này đã nâng 
cao đáng kể độ chính xác của DSM được gần 2m. 
2. Kiến nghị 
Quá trình đồng đăng ký ảnh là một trong các bước quan trọng 
nhất trong quá trình xử lý InSAR. Các bước được phát triển trong 
nghiên cứu này chỉ là một bước đầu tiên để hướng tới một phương 
pháp thống nhất giúp phát triển công nghệ InSAR. 
Cần nghiên cứu khả năng ứng dụng của phép biến đổi wavelet 
trong quá trình xử lý InSAR, ví dụ như: mở pha, lọc nhiễu. Ngoài ra 
cần có thêm các nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng của wavelet 
trong xử lý ảnh. 
Cần nghiên cứu sâu hơn về một số các nguồn sai số như: ảnh 
hưởng của khí quyển đến chất lượng InSAR, sai số do đường đáy ảnh 
Cuối cùng việc trộn các ảnh SAR từ nhiều nguồn khác nhau có 
thể là một trong những giải pháp hiệu quả để nâng cao độ chính xác 
của DSM. 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NCS 
Tiếng Việt 
1. Nguyễn Minh Hải, Trần Vân Anh, Trần Thanh Hà, Trần Đình Trí, 
Nguyễn An Bình, Đỗ Thị Hoài, (2014). “Nghiên cứu ảnh hưởng của khí 
quyển đến sóng radar và tạo giao thoa cho cặp ảnh radar. Tạp chí Tài 
nguyên và môi trường số 7(189). 
2. Trần Thanh Hà, Trần Thị Hòa, Trần Đình Trí, Đỗ Thị Hoài (2014). 
“Nghiên cứu phương pháp hàm hồi quy trong hiệu chỉnh bức xạ ảnh vệ tinh. 
Tạp chí khoa học Đo đạc và Bản đồ, số 33, tr 49-54. 
3. Trần Thanh Hà (2016), “Các tham số trong thuật toán nắn ảnh 
Radar”, Hội nghị khoa học và công nghệ Đo Đạc và Bản Đồ với ứng 
phó biến đổi khí hậu, Viện KH Đo đạc và Bản đồ, tr321-324 
4. Trần Thanh Hà (2017). “Khả năng sử dụng kỹ thuật InSAR trong 
thành lập mô hình số độ cao”, Tạp chí Tài nguyên và môi trường số 7 
(261), tr 40-41 
5. Trần Thanh Hà (2017), “Khả năng sử dụng kỹ thuật 
Radargrammetry trong thành lập mô hình số độ cao khu vực Hòa Bình”, 
Tạp chí Tài nguyên và môi trường số 8 (262), tr 33-34. 
6. Trần Thanh Hà (2017). “Ứng dụng wavelet để chiết xuất điểm đặc 
trưng phục vụ đồng đăng ký ảnh SAR’. Tạp chí khoa học Đo đạc và Bản 
đồ, số 33, tr 30-34. 
Tiếng Anh 
7. Trần Thanh Hà, Trần Đình Trí (2015) “Satelltite imagery 
radiometric correction based regression methodology”. Hội nghị quốc tế 
VIET-POL 2015, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, pp 212-218 
8. Trần Thị Hòa, James B Campbell, Trần Đình Trí, Trần Thanh Hà 
(2015) “Detecting sand movement: a NDVI time series analysis (Binh 
Thuan case study)”. Hội nghị quốc tế VIET-POL 2015, tại Trường Đại 
học Mỏ - Địa Chất, pp 219-226. 
9. Hai Minh Nguyen, Hoa T. Thanh Pham, Ha Thanh Tran (2016). 
“Application of the InSAR technology for determining changes in 
surface topography”. Hội nghị quốc tế GIS IDEAS. Trang 166-171. 
10. Ha Thanh Tran, Tri Dinh Tran, Hai Minh Nguyen (2017), “Towards 
integration of radar and optical imagery by applying IHS technique”. Tạp chí khoa 
học Trường Đại học Mỏ - Địa Chất , vol 56 , pp 78-83. 
11. Hoa Thi Tran, James B. Campbell, Tri Dinh Tran & Ha Thanh Tran (2017) 
“Monitoring drought vulnerability using multispectral indices observed 
from sequential sensing (Case Study: Tuy Phong, Binh Thuan, 
Vietnam)”. GIScience & Remote Sensing.