UAV và kỹ thuật tạo lập DTM từ DSM bằng phần mềm Global Mapper và Pix4D

68 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
KHOA H“C & C«NG NGHª
UAV và kỹ thuật tạo lập DTM từ DSM 
bằng phần mềm Global Mapper và Pix4D
The technique of making DTM from DSM by using Global Mapper and Pix4D software
Lê Đại Ngọc, Nguyễn Mai Hạnh
Tóm tắt
Trong những năm gần đây, công nghệ chụp 
ảnh bằng thiết bị bay không người lái UAV 
đã được phát triển khá phổ biến và mang 
lại hiệu quả to lớn trong công tác khảo sát 
điều tra đo đạc địa hình đòi hỏi độ chính xác 
cao. DSM được tạo ra từ dữ liệu ảnh chụp 
UAV hoàn toàn tự động với độ chính xác rất 
cao, đạt cỡ vài cm. Tuy nhiên trong một số 
bài toán ứng dụng của thực tiễn, nhiều khi 
chúng ta cần mô hình số địa hình DTM để 
phục vụ tính toán và thiết kế công trình. 
Bài báo trình bày kỹ thuật thủ công và tự 
động chiết xuất DTM từ DSM trên phần mềm 
Global Mapper và Pix4D cho phép tạo ra 
sản phẩm có chất lượng, đáp ứng đúng tiêu 
chuẩn kỹ thuật của ngành trắc địa bản đồ.
Từ khóa: thiết bị bay không người lái UAV; mô hình 
số bề mặt DSM; mô hình số địa hình DTM
Abstract
In recent years, the UAV imagery technology 
has been developed quickly and efficiently in 
high-accuracy surveying and mapping. DSM 
was created from UAV imagery completely 
automated with very high accuracy, achieving 
a few centimeters. However, in some situations 
of practical application, the DTM is used for 
construction design work. This paper presents 
manual and automatic techniques for extracting 
DTM from DSM on Global Mapper and Pix4D 
software to create quality products that meet the 
technical standards of the surveying and mapping 
field.
Key words: UAV unmanned aerial vehicle; DSM 
digital surface model; DTM digital terrain model
TS. Lê Đại Ngọc 
Phòng Bản đồ Viễn thám, Cục Bản đồ/BTTM
ThS. Nguyễn Mai Hạnh 
Bộ môn Trắc địa 
Khoa Kỹ thuật hạ tầng & Môi trường đô thị 
ĐT: 0983289997 
Email: nguyenmaihanh.td@gmail.com
Ngày nhận bài: 18/03/2017 
Ngày sửa bài: 02/06/2017 
Ngày duyệt đăng: 22/10/2019
Ngày nay, công nghệ Viễn thám trên thế giới phát triển khá đa dạng, có rất 
nhiều thiết bị thu nhận các hình ảnh có độ phân giải mặt đất từ vài cm đến hàng 
chục mét, có thể chụp ở cự ly rất gần vài chục mét cho đến khoảng cách rất xa 
hàng trăm km. Tuỳ thuộc vào cự ly chụp và tính chất vật lý sóng chụp của các thiết 
bị thu nhận hình ảnh mà có thể phân loại thành các công nghệ như: chụp ảnh vệ 
tinh, chụp ảnh hàng không bằng máy bay có người lái và không người lái UAV; 
công nghệ quét Lidar.
Tuy nhiên việc thu thập các dữ liệu ảnh chụp vệ tinh quang học và ảnh chụp 
hàng không có người lái có lúc không được kịp thời và bị ảnh hưởng rất lớn trong 
điều kiện thời tiết có mây. Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, tỷ lệ diện 
tích của lãnh thổ bị mây che phủ lên đến 70% nên hiệu suất có được ảnh vệ tinh 
không mây là rất thấp. Như vậy có thể dễ thấy rằng hạn chế của ảnh chụp vệ tinh 
quang học và ảnh hàng không có người lái là giá thành cao, không kịp thời và phụ 
thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, độ phân giải mặt đất thấp. Để bổ sung cho sự 
thiếu hụt về thu nhận dữ liệu từ vệ tinh và máy bay có người lái, cần nghiên cứu 
giải pháp chụp chụp ảnh địa hình ở độ cao thấp bằng cách gắn các thiết bị máy 
chụp ảnh và máy quay video chuyên dụng lên các thiết bị bay không người lái 
(máy bay mô hình được điều khiển bằng các thiết bị từ xa – UAV Unmanned Aerial 
Vehicle) phục vụ thu nhận ảnh cho công tác thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn (từ 
1/2.000 và lớn hơn).
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, công nghệ chụp ảnh bằng thiết bị bay 
không người lái UAV đã được phát triển khá phổ biến và mang lại hiệu quả to lớn 
trong công tác khảo sát điều tra đo đạc địa hình đòi hỏi độ chính xác cao. Một trong 
những ưu điểm vượt trội của công nghệ này là cho phép tạo ra mô hình số bề mặt 
DSM hoàn toàn tự động với độ chính xác rất cao, đạt cỡ vài cm. Tuy nhiên, trong 
một số bài toán ứng dụng của thực tiễn , chúng ta lại cần mô hình số địa hình DTM 
để phục vụ tính toán và thiết kế công trình, ví dụ như Thành lập các bản đồ độ dốc, 
hướng dốc, mặt cắt, trợ giúp các nghiên cứu địa mạo như đưa ra sơ đồ hướng 
dòng chảy, xác định hướng dốc và lưu vực thoát nước bề mặt để mô phỏng và dự 
báo khu vực ngập lụt; xói mòn, trượt lở đất, lũ lụt; Xác định cốt nền xây dựng cho 
thành phố; tính toán thể tích đào đắp.
 Hiện nay kiểu dáng, chủng loại của UAV khá đa dạng bao gồm: máy bay 
cánh bằng, máy bay trực thăng, thiết bị bay loại nhỏ với 4 hoặc 6 cánh quạt, khinh 
Hình 1. Phân tầng thiết bị bay chụp ảnh và độ phân giải mặt đất
69 S¬ 36 - 2019
khí cầu và các rô bốt bay có hình dáng giống như các loài 
côn trùng phục vụ chụp ảnh trinh sát địa hình, thành lập bản 
đồ tỷ lệ lớn và mô phỏng địa hình 3 chiều, truyền hình ảnh 
video trực tuyến thời gian thực. Hiện nay, một số phần mềm 
thương mại như Context Captue, Erdas, Agisoft... đều cho 
phép tạo lập được DSM từ dữ liệu ảnh chụp UAV và cung 
cấp các giải pháp khác nhau cho phép thành lập DTM từ 
DSM tự động hoặc bán tự động, nhưng kết quả vẫn chưa 
bảo đảm yêu cầu kỹ thuật như mong muốn. Bài báo này trình 
bày kỹ thuật thủ công và tự động chiết xuất DTM từ DSM 
trên phần mềm Global Mapper và Pix4D cho phép tạo ra sản 
phẩm có chất lượng, đáp ứng đúng tiêu chuẩn kỹ thuật hiện 
hành.
Trong thực tế, việc xử lý dữ liệu UAV với phần mềm 
Pix4Dmapper có thể thực hiện sơ bộ tại thực địa trong quá 
trình bay chụp (nhằm có những điều chỉnh kịp thời đảm bảo 
có được bộ ảnh chụp chất lượng với mức độ chồng phủ 
cao – thường là trên 75%). Việc xử lý chính thức với các 
tham số xử lý phù hợp sau đó sẽ được thực hiện tại văn 
phòng để tạo sản phẩm chất lượng có độ chính xác cao. Việc 
xử lý ảnh UAV thường rất nặng và tốn nhiều thời gian đặc 
biệt với dự án bay chụp có khối lượng ảnh chụp lớn. Phần 
mềm Pix4Dmapper cho phép phân tách bộ ảnh ra thành các 
khu vực nhỏ để xử lý lần lượt và sau đó, ghép lại thành sản 
phẩm cuối cùng phủ trùm toàn bộ khu vực dự án. Sau khi 
hoàn thành quy trình xử lý, sản phẩm đầu ra bao gồm: đám 
mây điểm 3D, DSM/DTM & đường đồng mức và ảnh ghép 
trực giao (Orthomosaic) của khu vực bay chụp với độ chính 
xác cao. Các dữ liệu sản phẩm này dễ dàng tích hợp vào 
bất kỳ GIS và phần mềm CAD như: ArcGIS, GlobalMapper, 
Quantum GIS, Autocad.
1. Tạo lập DTM từ bề mặt DSM bằng phần mềm Global 
Mapper
Global Mapper là phần mềm có khả năng tạo bản đồ, 
công cụ cho phép chỉnh sửa, tạo và xóa các thông tin bản 
Hình 2. Mô tả công cụ gán độ cao cho đối tượng vùng
Hình 3. Mô tả công cụ làm phẳng địa hình 
70 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
KHOA H“C & C«NG NGHª
đồ. Đặc biệt Global Mapper giúp chuyển đổi, chỉnh sửa, in ấn, theo 
dấu GPS và tận dụng tối đa chức năng GIS trên dữ liệu. Global 
Mapper hỗ trợ nhiều định dạng như: các loại Vector, Arc, các tập 
tin ASCII, BMP, nhị phân, các file GPS, AutoCAD, tập tin GIS, các 
loại Raster... Kết quả có thể được xuất trực tiếp sang các định 
dạng Web như: Google maps, Virtual Earth,... 
Các bước thao tác tạo lập bề mặt DTM bằng cách làm phẳng 
bề mặt DSM trong phần mềm Global Mapper (GM) như sau:
B1. Mở file dữ liệu DSM bằng phần mềm Global Mapper: Kéo 
thả file dữ liệu DSM vào trong môi trường GM để hiển thị.
B2. Bật công cụ số hóa: Digitizer Tool để tạo các vùng bao 
quanh đối tượng có chiều cao (cột, thực vật, tòa nhà, cầu, xe ô 
tô...). Vùng tạo ra cần có kích cỡ lớn hơn các đối tượng nhằm loại 
bỏ hoàn toàn các đối tượng này. Quá trình này được gọi là làm 
phẳng các yếu tố trên bề mặt địa hình.
B3. Nhấp phải chuột trên cửa sổ chính và chọn Create Area/
Polygon Features > Area - Create New Area Feature để thực hiện 
vẽ vùng bao quanh đối tượng.
B4. Nhấp phải chuột trên vùng vừa được ra, rồi chọn Analysis/ 
Measurement > Apply Elevation from Terrain Layers to Selected 
Feature(s) để gán độ cao cho tất cả các đỉnh biên vùng từ file 
DSM.
B5. Nhấp phải chuột trên vùng vừa được ra, rồi chọn Analysis/ 
Measurement>Calculate Elevation/Slope Stats for Selected 
Feature(s) để cập nhật thông tin thuộc tính về tính toán thống kê 
độ cao, độ dốc cho đối tượng vùng vừa được tạo ra.
B6. Nhấp phải chuột trên vùng vừa được ra và chọn Advanced 
Feature Creation Options> Terrain - Create/Flatten Terrain from 
Selected Area Feature(s) để tạo một bề mặt địa hình từ vùng được 
chọn.
B7. Hộp thoại Elevation Grid Creation Options xuất hiện và thiết 
lập các lựa chọn để tạo ra bề mặt DTM như hình dưới đây:
Hình 4. Thiết lập các thông số để tạo ra bề mặt 
địa hình DTM
 a) Trước khi loại bỏ nhà (DSM) b) Sau khi loại bỏ nhà (DTM)
 c) Trước khi làm phẳng nhà 3D d) Sau khi làm phẳng nhà 3D
Hình 5. Kết quả trước/sau khi loại bỏ nhà từ bề mặt DSM
71 S¬ 36 - 2019
 a) Bề mặt được tạo ra trong Pix4D b) DTM được tạo ra
Hình 7. DTM được tạo ra từ DSM
 a) DSM của trụ sở Cục Bản đồ b) DTM của trụ sở Cục Bản đồ
Hình 8. Kết quả tạo lập DTM tự động
Hình 6. Minh họa tạo lập một bề mới
72 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
KHOA H“C & C«NG NGHª
B8. Nhấp OK để hoàn tất quá trình tạo DTM từ bề mặt 
DSM.
B9. Tích hợp bề mặt DTM mới với bề mặt DSM bằng 
cách nhấp chuột trái vào Analysis>Combile/Compare Terrain 
Layers và đặt các lựa chọn như hình dưới đây, trong đó 
lưu ý mục Operation chọn Minimum Elevation:
2. Tạo lập DTM từ bề mặt DSM bằng phần mềm 
Pix4Dmapper
Pix4Dmapper là phần mềm chuyên dụng trong việc xử lý 
phân tích dữ liệu ảnh bay chụp từ các thiết bị không người lái 
(UAV) trong các dự án bay vẽ địa hình tỷ lệ lớn với độ chính 
xác cao do hãng Pix4D (Thụy sỹ) phát triển và cung cấp với 
2 mức sản phẩm: Pix4Dmapper Discovery (bản dùng thử) và 
Pix4Dmapper Pro.
Để tạo ra DTM từ bề mặt DSM đã có trong phần mềm 
Pix4Dmapper trước tiên cần định nghĩa một bề mặt mới. 
Các bề mặt này được số hóa thủ công theo đối tượng dạng 
vùng, thông thường bao quanh các tòa nhà, vật thể kiến trúc, 
cây cối. Các bước tạo ra bề mặt Surface trong phần mềm 
Pix4Dmapper như sau:
B1. Trên thực đơn chính nhấp chuột vào View > rayCloud.
B2. Trên thực đơn chính nhấp chuột vào rayCloud > New 
Surface .
B3. Trên cửa sổ 3D View, xuất hiện một điểm màu xanh lá 
cây bên cạnh con trỏ. Nhấp chuột trái để đánh dấu các đỉnh 
của bề mặt. Tập hợp các đỉnh được tạo ra sẽ tạo thành một 
bề mặt.
B4. Bấm chuột phải sau khi kết thúc điểm cuối cùng để 
tạo thành bề mặt.
B5. (Tùy chọn) Sau khi bề mặt đã được tạo lập, có thể cải 
thiện độ chính xác cho bề mặt bằng cách tinh chỉnh vị trí các 
đỉnh vertex khớp với hình ảnh trên cửa sổ 3D View.
B6. Chạy lại bước tạo lập 3. DSM, Orthomosaic and Index 
khi đó mô hình DSM mới đã được làm phẳng tại các vùng 
vẽ Surface, đồng thời ảnh trực giao mới có biến dạng nhỏ tại 
các khu vực Surface do có thay đổi độ cao.
 Tuy nhiên, bắt đầu từ phiên bản 3.1 của Pix4Dmapper 
đã cải tiến bằng các thuật toán mới cho phép chiết suất DTM 
hoàn toàn tự động từ DSM với độ chính xác cao mà không 
cần bất cứ sự can thiệp thủ công.
Trên thanh công cụ thực đơn chính, lựa chọn Process > 
Generate DTM phần mềm sẽ tự động tính toán để loại bỏ độ 
cao của tất cả đối tượng địa vật (nhà cửa, cây cối...) trên bề 
mặt DSM để tạo ra bề mặt DTM.
Như vậy với các kỹ thuật công nghệ tiên tiến trong việc 
xử lý dữ liệu ảnh chụp từ UAV cùng các bước thao tác cụ thể 
do tác giả tìm tòi, khai thác tính năng của các phần mềm và 
xây dựng thành qui trình trên đây thì người dùng có thể dễ 
dàng làm được. Kết quả thực nghiệm đã chứng minh kỹ thuật 
này hoàn toàn cho phép nhanh chóng tạo ra các sản phẩm 
DSM, DTM có độ chính xác cao đáp ứng đầy đủ các đòi hỏi 
của các chuyên ngành kỹ thuật hạ tầng, quy hoạch và quản 
lý trong thực tiễn hiện nay./.
T¿i lièu tham khÀo
1. Lê Đại Ngọc (2015), “Thiết bị bay UAV cánh bằng của 
Sensefly và khả năng ứng dụng trong thành lập bản đồ 3D 
độ chính xác cao”, Kỷ yếu Hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 
2015 – Trường ĐH Khoa học tự nhiên, 10/2015, tr. 557-663, 
ISBN 978-604-82-1619-1.
2. Paparoditis, N., Boudet, L., Tournaire, O.: Automatic man-
made object extraction and 3D scene reconstruction from 
geomatic-images. is there still a long way to go? In: Urban 
Remote Sensing Joint Event. (2007).
3. Champion, N., Matikainen, L., Rottensteiner, F., X. Liang, 
J.H.: A test of 2D building change detection methods: 
Comparison, evaluation and perspectives. International 
Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial 
Information Sciences 37 (2008).
4. Eckstein, W., Munkelt, O.: Extracting objects from digital 
terrain models. In: Remote Sensing and Reconstruction for 
Three-Dimensional Objects and Scenes, SPIE. (1995) 43-51
5. Weidner, U., F orstner, W.: Towards automatic building 
extraction from highresolution digital elevation models. ISPRS 
Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 50 (1995) 
38 - 49
6. Henri Eisenbeiss, Thesis of Doctor of Sciences “UAV 
Photogrammetry”, Institute of Geodesy and Photogrammetry 
ETH Zurich, 2009.
Nam EVN có được bộ dữ liệu địa hình số có độ tin cậy cao 
đáp ứng kịp thời cho công tác thiết kế tuyến tải điện ở bước 
lập đề xuất dự án và công tác lập dự toán đền bù giải phóng 
mặt bằng. Kết quả của dự án là một cuộc cách mạng về 
đổi mới công nghệ khảo sát trong ngành điện, và lãnh đạo 
ngành điện đã quyết định công tác bay chụp ảnh UAV là một 
qui trình bắt buộc khi thực hiện nhiệm vụ khảo sát các tuyến 
truyền tải điện.
Hệ thống máy bay không người lái UAS (Unmanned 
Aircraft System) không chỉ bao gồm máy bay mà còn bao 
gồm cả trạm kiểm soát trên mặt đất và một số thiết bị, yếu tố 
khác. Trước đây thiết bị bay không người lái chủ yếu được 
ứng dụng trong lĩnh vực quân sự, tuy nhiên ngày nay với 
sự phát triển của khoa học công nghệ thì UAV là giải pháp 
rất hữu ích và được ứng dụng hiệu quả trong nhiều lĩnh 
vực khác nhau của đời sống như trong công nghiệp, nông 
nghiệp, lâm nghiệp, truyền hình... Trong thời gian tới, chúng 
ta cần tập trung nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực khảo 
sát phục vụ thiết kế giao thông, quy hoạch xây dựng và kiểm 
soát việc thực hiện qui hoạch đô thị cũng như các ứng dụng 
khoa học khác thuộc lĩnh vực địa không gian./.
T¿i lièu tham khÀo
1. Lê Đại Ngọc (2012), “Ứng dụng thiết bị bay không người lái 
MicroDrone MD4-1000 trong thành lập bản đồ 3D độ chính xác 
cao”, Tạp chí Khoa học đo đạc và bản đồ, (13), tr. 43-50.
2. Lê Đại Ngọc (2015), “Thiết bị bay UAV cánh bằng của Sensefly 
và khả năng ứng dụng trong thành lập bản đồ 3D độ chính xác 
cao”, Kỷ yếu Hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2015 – Trường 
ĐH Khoa học tự nhiên, 10/2015, tr. 557-663, ISBN 978-604-82-
1619-1.
3. Henri Eisenbeiss, Thesis of Doctor of Sciences “UAV 
Photogrammetry”, Institute of Geodesy and Photogrammetry 
ETH Zurich, 2009.
Ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh UAV ...
(tiếp theo trang 67)