GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TÍCH HỢP CHỤP ẢNH HÀNG KHƠNG VÀ
QUÉT LIDAR CITYMAPPER 2
Trần Văn Hải1, Lương Thanh Thạch2
1
Công ty TNHH MTV Trắc địa Bản đồ
2
Trường Đại học Tài nguyên và Mơi trường Hà Nội
Tóm tắt
Bài báo giới thiệu về hệ thống bay chụp ảnh hàng không và quét LiDAR (Light Detection
and Ranging) Citymapper 2 của Leica - là công nghệ hàng đầu trong việc thu thập, xử lý dữ liệu
khơng gian địa lý với độ chính xác và chất lượng cao. Hệ thống là sự tích hợp của phần cứng và
phần mềm có tính năng kỹ thuật vượt trội về độ chính xác và hiệu suất của dữ liệu. Đồng thời, bài
báo giới thiệu quy trình cơ bản để vận hành và xử lý dữ liệu thu nhận từ hệ thống Citymapper 2.
Từ khóa: Citymapper; LiDAR; DSM; DTM.
Abstrast
Introduction of integrated system of photography and scan LiDAR Citymapper 2
The article introduces the integrated system of photography and scan LiDAR (Light Detection
and Ranging) Citymapper 2 that is the state-of-the art technology in collecting and processing
geospatial data with high accuracy and quality. The system is an integration of hardware and
software with superior accuracy and performance. In addition, the article also suggests a basic
process for operating and processing data obtained from Citymapper.
Keywords: Citymapper; LiDAR; DSM; DTM.
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, thế giới đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 với tốc độ đơ thị hóa mạnh,
nhiệm vụ quy hoạch kiến trúc, đô thị luôn là vấn đề được quan tâm. Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn,
đặc biệt là ứng dụng cơng nghệ phân tích dữ liệu địa khơng gian ngày càng cao đối với các yêu cầu
của lĩnh vực tài nguyên môi trường, xây dựng thành phố thông minh (SmartCity), chính phủ điện tử
và các lĩnh vực khác trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân thì dữ liệu hạ tầng khơng gian địa
lý nói chung và bản đồ địa hình 3D nói riêng là rất cần thiết.
Với hạ tầng công nghệ thông tin hiện đại, khả năng kết hợp dữ liệu để khai thác tối ưu là
một nhu cầu cấp bách trong thực tế, đây là nhiệm vụ rất cấp thiết và thời sự. Các sản phẩm bản

đồ truyền thống đã dần không thỏa mãn đủ các yêu cầu mô tả và khai thác dữ liệu trong thực tế
hiện đại. Dữ liệu bề mặt Trái đất theo xu hướng trong thời đại công nghệ thông tin là phải hướng
đến sự mô tả chi tiết đối tượng, bao gồm đủ yếu tố không gian 3D và các thuộc tính. Với những
u cầu trên, đã có nhiều cơng nghệ mới và hiện đại được ứng dụng vào thực tế sản xuất. Dữ liệu
từ công nghệ mới (LiDAR, Ảnh số, UAV) bao gồm đám mây điểm (Point Cloud), ảnh trực giao
(Orthophoto), mơ hình số bề mặt (DSM - Digital Surface Model), mơ hình số địa hình (DTM Digital Terrain Model), ảnh cường độ (Intensity) đảm bảo sự vượt trội về độ chính xác của dữ liệu
khơng những về khơng gian mà cịn về thời gian (tính cập nhật của dữ liệu) [8].
Trong công tác thu nhận dữ liệu địa lý khơng gian thì cơng nghệ LiDAR và cơng nghệ chụp
ảnh hàng không là phương pháp giảm tối đa nhân công lao động bằng chân tay và mang lại hiệu
quả cao trong sản xuất và nghiên cứu khoa học. Với công nghệ LiDAR các điểm địa hình, địa vật
được đo trực tiếp nên đạt độ chính xác về độ cao, nhưng độ chính xác về vị trí mặt bằng đạt thấp
và khơng có đủ thơng tin mơ tả tính chất, vị trí vật thể. Trong đó cơng nghệ đo vẽ ảnh thực hiện đo
252

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững


các điểm địa hình, địa vật gián tiếp nên độ chính xác về độ cao đạt thấp cịn độ chính xác vị trí mặt
phẳng thu được cao hơn và cịn có thơng tin mơ tả tính chất của vật thể. Sự phát triển của khoa học
công nghệ đã mở ra khả năng tích hợp hai cơng nghệ qt LiDAR và công nghệ chụp ảnh hàng
không thành một hệ thống thu nhận dữ liệu thống nhất, trong đó hệ thống Leica Citymapper 2 được
phát triển từ Leica Citymapper 1 là một ví dụ điển hình. Đây là cơng nghệ hàng đầu trong việc thu
thập, xử lý dữ liệu không gian địa lý với độ chính xác và chất lượng cao và có khả năng ứng dụng
rất rộng trong nhiều lĩnh vực trên tồn cầu. Sản phẩm chính của hệ thống đó là: Đám mây điểm
LiDAR, mơ hình số độ cao DEM, mơ hình số bề mặt DSM, mơ hình số địa hình DTM, ảnh cường
độ phản xạ Intensity, ảnh nắn trực giao (orthophoto).
2. Tổng quan tình hình ứng dụng hệ thống Citymapper
2.1. Tình hình trên thế giới
Hệ thống Leica Citymapper 2 là sự kết hợp giữa phép đo trực tiếp độ cao (quét LiDAR) và

đo vẽ ảnh hàng không để xác định vị trí mặt phẳng của các điểm địa hình, địa vật. Hệ thống Leica
Citymapper 2 ngày càng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như: Qui hoạch và kiến
trúc đô thị, quản lý hạ tầng kỹ thuật tuyến phố, giao thông đô thị, môi trường và nghiên cứu phát
triển đô thị, du lịch và bảo tồn, khảo cổ, theo dõi, quản lý và đánh giá rủi ro do thảm họa và thiên
tai, nông nghiệp, quy hoạch và quản lý rừng, đa dạng sinh học, khai thác mỏ, khảo sát hành lang
(Tuyến đường cao tốc, đường sắt, đường dây tải điện …). Do có nhiều ứng dụng và có nhiều sản
phẩm phong phú, đa dạng nên hệ thống Leica Citymapper 2 đã được khẳng định là một thành phần
quan trọng của hạ tầng dữ liệu không gian [8]. Việc ứng dụng hệ thống Leica Citymapper 2 trên
một số quốc gia tiêu biểu như:
+ Tại Moulins, Pháp: Công ty khảo sát hàng không quốc tế (APEI) hiện đang vận hành
Citymapper kết hợp LiDAR chế độ tuyến tính thế hệ mới nhất từ Leica Terrainmapper. Với máy
quét LiDAR tốc độ xung 2 MHz hiệu suất cao hơn, công ty đã được hưởng lợi đáng kể, chẳng hạn
như tốc độ thu thập dữ liệu tăng so với độ cao bay. Cải tiến hiệu suất này cho phép bay các dải lớn
hơn với bất kỳ mật độ điểm nhất định nào và đạt được kế hoạch bay hiệu quả hơn, phân phối điểm
đồng đều cho tất cả các độ cao bay từ 300 - 5.500 m AGL với tối đa 35 xung trong không khí và
khơng có giới hạn về phạm vi [1].

Hình 1: Hình ảnh APEI bay chụp lâu đài Versailer, Pháp [1]
Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

253


+ Tại Anh: Sử dụng Citymapper, Bluesky (Công ty khảo sát hàng khơng hàng đầu tại Vương
quốc Anh) có thể chụp các khu vực của London, Manchester và Birmingham cũng như Brighton,
Bristol, Cambridge, Norwich, Nottingham và Oxford. Bluesky đã mở rộng phạm vi bằng cách bay
chụp thêm các thị trấn và thành phố trên khắp Vương quốc Anh và Ireland vào năm 2019 [4].

Hình 2: Hình ảnh Bluesky - Anh bay chụp lâu khu vui chơi ở London [6]

+ Tại Mỹ: Sử dụng Citymapper, Fugro (Nhà cung cấp giải pháp địa lý và toàn vẹn tài sản
quốc tế) đã tiến hành các cuộc khảo sát trên không của một số trung tâm đô thị đông dân cư nhất
Bắc Mỹ để hỗ trợ các dịch vụ lập bản đồ không gian địa lý của các trung tâm đó. Bộ đầu thu đầu
tiên đồng bộ chụp ảnh xiên và chụp ảnh thẳng đứng Nadir cũng như quét LiDAR. Citymapper cho
phép tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí bằng cách bay một lần để thu thập cả hình ảnh và dữ
liệu LiDAR. Tất cả dữ liệu hình ảnh và dữ liệu LiDAR thu thập được có thể được xử lý trong một
quy trình làm việc thống nhất bằng phần mềm Leica HxMap [7]. 

Hình 3: Hình ảnh Fugro - Mỹ bay chụp thành phố Bordeaux [7]
2.2. Tình hình trong nước
Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ thế giới, lĩnh vực đo đạc
và bản đồ đã có những thay đổi đáng kể trong việc tạo lập, duy trì hạ tầng kỹ thuật hiện đại và thu
254

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững


nhận, xử lý, cung cấp các sản phẩm, dữ liệu đo đạc và bản đồ với độ chính xác cao, thơng tin phong
phú, đáp ứng nhanh chóng và hiệu quả cho các yêu cầu nghiên cứu, quy hoạch, quản lý lãnh thổ,
phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo quốc phịng - an ninh, phục vụ ứng phó với biến đổi khí hậu,
nâng cao dân trí. Ở Việt Nam sự thay đổi công nghệ đo đạc và bản đồ đã tạo nên một vị thế mới
cho ngành đo đạc và bản đồ với việc ứng dụng các hệ thống công nghệ mới vào sản xuất, nghiên
cứu. Theo sự phát triển chung của tồn cầu, các cơng nghệ mới cũng đã được áp dụng ở Việt Nam.
Năm 2018 Tổng Công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam đầu tư hệ thống Citymapper
của hãng Leica (Thụy sỹ). Bước đầu trong việc ứng dụng hệ thống Leica Citymapper trong nghiên
cứu và sản xuất là bay chụp ảnh và quét LiDAR trong Dự án “Xây dựng mơ hình số độ cao độ
chính xác cao khu vực đồng bằng và ven biển phục vụ công tác nghiên cứu, đánh giá tác động biến
đổi khí hậu, nước biển dâng” với các sản phẩm đám mây điểm LiDAR, mơ hình số bề mặt DSM,
mơ hình số địa hình DTM và ảnh nắn trực giao (orthophoto). Hệ thống Citymapper này gồm có

thiết bị qt LiDAR tích hợp máy ảnh kỹ thuật số chụp thẳng Harrier56/G4 [5].
3. Hệ thống Leica Citymapper 2 và quy trình vận hành
3.1. Nguyên lý cấu tạo
Hệ thống Leica Citymapper 2 là phiên bản phát triển tiếp theo được tích hợp 06 camera
quang học (05 camera RGB, 01 camera NIR) độ phân giải lên đến 150 Mpixel thuộc dòng máy
ảnh chuyên nghiệp cỡ lớn, trong đó, 05 camera RGB có góc chụp khác nhau (trước, sau, trái, phải,
thẳng đứng) đây là giải pháp tối ưu bậc nhất tính tới thời điểm hiện tại trong việc thành lập bản đồ
3D và xây dựng mô hình 3D địa vật, bởi vì, cùng một lúc có thể thu nhận được 05 bức ảnh ở 05 góc
nhìn khác nhau (gần như 360 độ) công việc này giúp việc thu nhận hình ảnh đối tượng một cách
tối đa, hạn chế đến mức thấp nhất việc che khuất của đối tượng, giúp việc thành lập bản đồ 3D và
mô hình 3D địa vật được chính xác và đầy đủ nhất [3].

Hình 4: Phần cứng hệ thống Leica Citymapper 2 [2]
3.2. Hệ thống phần mềm
Hệ thống Citymapper 2 là một giải pháp đồng bộ từ phần cứng đến phần mềm. Hệ thống
phần mềm chính hãng MissionPro, Flight Pro, HxMap… sẽ đảm bảo chất lượng sản phẩm từ khâu
bắt đầu đến khâu cuối. Với phần mềm thiết kế và giám sát bay MissionPro, FlightPro được thiết
kế riêng cho hệ thống Citymapper 2 sẽ đảm bảo thiết kế bay một cách hiệu quả kinh tế nhất và phù
Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

255


hợp nhất với đặc thù của các nhiệm vụ khác nhau. Ngồi việc thiết kế bay FlightPro cịn hỗ trợ phi
công bay chụp bám sát kế hoạch bay, đồng thời có thể kiểm tra kết quả bay chụp ngay ngồi thực
địa. Thơng tin về tọa độ, góc nghiêng bay chụp sẽ được tính tốn xử lý chính xác bằng phần mềm
xử lý dữ liệu IMU Inertial Explorer nâng cao giúp q trình tính tốn về sau được chính xác nhất.
Phân hệ phần mềm HxMap đã sử dụng thuật toán và công nghệ mới kết hợp được dữ liệu bay chụp
ảnh quang học cùng với dữ liệu quét LiDAR đồng thời do vậy sẽ đưa ra được mơ hình 3D với các

góc cạnh sắc nét, hình ảnh chân thực, thơng tin về đối tượng chính xác nhất. Hơn nữa phần mềm
này sẽ hỗ trợ tự động hóa tối đa q trình tăng dày, bình sai, đo vẽ mơ hình 3D tự động giúp đẩy
nhanh tối đa quy trình xử lý.
3.3. Quy trình vận hành

Hình 5: Quy trình vận hành hệ thống Citymapper 2 [9]
Quy trình vận hành xử lý dữ liệu thu thập từ hệ thống Citymapper 2 được mô tả như hình
trên, khi sử dụng hệ thống và phần mềm chính hãng sẽ đảm bảo việc bay chụp, quét LiDAR với
hiệu suất cao nhất và với quy trình xử lý bằng phần mềm HxMap sẽ cung cấp sản phẩm đầu ra là
ảnh trực giao, dữ liệu đám mây điểm và mơ hình số độ cao, mơ hình số địa hình, mơ hình 3D từ
LOD 0 (Level Of Detail) đến LOD 2.
Chi tiết hóa quy trình vận hành hệ thống được thể hiện qua các bước sau:
Bước 1: Sử dụng phần mềm Mission Pro để lập kế hoạch bay.
Bước 2: Sử dụng phần mềm Flight Pro để hỗ trợ và thực hiện chuyến bay.
Bước 3: Sử dụng module HxMap đánh giá và xử lý dữ liệu.
256

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững


- Dữ liệu ảnh và LiDAR sẽ được xử lý qua module HxMap để giúp người dùng có thể thực
hiện nhanh thao tác kiểm soát chất lượng kết quả thu dữ liệu trên màn hình nhằm phát hiện các sự
cố về dữ liệu thô thu nhận được.
- Dữ liệu GNSS/IMU được tính tốn bằng module xử lý sau để tính tốn quỹ đạo chính xác
và đưa kết quả ra file *.sol.
- Module HxMap Ingest sẽ hiệu chỉnh dữ liệu ảnh và dữ liệu đám mây điểm lần đầu, nếu đám
mây điểm không đạt yêu cầu sẽ tiến hành hiệu chỉnh Bước 2. Dữ liệu ảnh được hiệu chỉnh sáng,
bức xạ và báo cáo chất lượng được đưa vào module khớp ảnh và bình sai.\
- Kết quả của quá trình bình sai là: InfoCloud (đám mây điểm được sinh ra từ ảnh chụp); Mơ

hình số bề mặt (DSM); ảnh Ortho đơn và ảnh Ortho ghép.
- Kết hợp với dữ liệu LiDAR qua module Matching (UDAR registration) sẽ tạo ra các sản
phẩm: Mơ hình 3D LOD 0; mơ hình 3D LOD 1; mơ hình 3D LOD 2 (có dán mặt); khi sử dụng bổ
sung module 3D Editor người dùng có thể đo vẽ để tạo ra mơ hình 3D dạng LOD3; dữ liệu đám
mây điểm 3D LiDAR sẽ được tạo ra từ bước này.
- Sử dụng bổ sung phần mềm SURE Aerial để xử lý dữ liệu đám mây điểm LiDAR và ảnh
hàng khơng sẽ cho ra mơ hình 3D dạng mesh.
- Để xử lý dữ liệu LiDAR chuyên sâu (phân loại, tạo mơ hình DTM, DSM, tách đối tượng)
phải sử dụng phần mềm thứ 3 TerraSolid.
- Việc quản lý, hiển thị và xử lý dữ liệu 3D và các dữ liệu khác phải sử dụng một hệ thống
phần mềm của hãng thứ 3 khác như BentleyMap (Enterprise) hay Luciad.
Phần mềm HxMap xử lý dữ liệu bước đầu sẽ cho ra mô hình 3D ở LOD 0, LOD1 và một phần
ở LOD2 và phải kết hợp với phần mềm 3D Editor để xử lý dữ liệu 3D nâng cao, việc thành lập mơ
hình 3D ở LOD2 và LOD 3 hồn chình phải thực hiện với sự hỗ trợ của module này. Việc sử dụng
phần mềm TerraSolid để xử lý dữ liệu đám mây điểm chun sâu giúp thành lập mơ hình số địa hình
với độ chính xác cao mà phần mềm HxMap không thực hiện được. Cũng như vậy, phần mềm Sure
Aerial được hãng Leica giới thiệu sẽ thành lập mơ hình 3D dạng mesh của toàn bộ khu vực nghiên
cứu một cách nhanh chóng và chính xác.
3.4. Hệ thống xử lý dữ liệu

Hình 6: Module chính của phần mềm HxGN [6]
Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

257


Để xử lý dữ liệu được tạo ra, Leica cung cấp một nền tảng quy trình làm việc bao gồm từ thu
thập, xử lý dữ liệu và trực quan hóa dữ liệu thơng qua một phần mềm có tên HxGN. Phần mềm có
3 module chính RealWold, RealCity và RealTerrain [6]:

- RealWorld: Được thiết kế dành cho các dự án liên quan đến hình ảnh quy mơ lớn.
- RealCity: Là module hỗ trợ cho SmartCities, cho phép tạo mơ hình 3D của các cấu trúc đã chụp.
- RealTerrain: Là giải pháp xử lý sau dữ liệu LiDAR cho các khu vực rộng lớn và mật độ
cấu trúc cao.
4. Một số dạng sản phẩm chính
Hệ thống Leica Citymapper 2 là hệ thống hàng đầu trên thế giới và đang được áp dụng tại các
nước lớn. Tại Việt Nam hệ thống công nghệ này chưa được đầu tư và áp dụng vào sản xuất trong
các ngành. Dưới đây là sản phẩm đã được hình thành tại các nước khác.

Hình 7: Mơ hình 3D [7]

Hình 8: Hệ thống đám mây điểm RGB [7]
258

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững


Hình 9: Hệ thống đám mây điểm [7]

Hình 10: Sự kết hợp đám mây điểm và mơ hình 3D [7]
5. Kết luận
Hiện nay, thế giới đang bước vào cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0, dữ liệu địa khơng gian
có u cầu ngày càng cao hơn. Đo đó việc thu thập, xử lý dữ liệu và xây dựng cơ sở dữ liệu không
gian địa lý 3D làm cơ sở dữ liệu nền để xây dựng các cơ sở dữ liệu chuyên ngành ngày càng trở nên
cấp thiết. Tại Việt Nam cũng đang phát triển mơ hình thành phố thơng minh (SmartCity). Một số
tỉnh, thành phố như Hà Nội, Thừa Thiên Huế, Lâm Đồng, Hồ Chí Minh, Quảng Ninh, Vĩnh Phúc,
Bắc Ninh,... đã xúc tiến triển khai đề án xây dựng thành phố thông minh bằng các phương pháp
truyền thống. Việc đầu tư, ứng dụng hệ thống bay chụp ảnh hàng không Leica Citymapper 2 vào
việc thành lập thành phố 3D là rất cần thiết.

Đây là một hệ thống mới, với nhiều tính năng, ưu điểm vượt trội tuy nhiên cũng địi hỏi sự
đồng bộ về trình độ, năng lực làm chủ trang thiết bị. Công nghệ này sự kết hợp giữa phép đo trực
tiếp độ cao (quét LiDAR) và đo vẽ ảnh hàng khơng để xác định vị trí mặt phẳng của các điểm địa
hình, địa vật được thiết kế cho xây dựng bản đồ không gian 3 chiều đô thị một cách nhanh chóng,
chính xác, có sự tiến bộ vượt trội so với các công nghệ đi trước trong việc thành lập mơ hình số
địa hình, mơ hình số độ cao, mơ hình số bề mặt phục vụ cơng tác thành lập bản đồ địa hình, bản đồ
Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

259


không gian 3 chiều, xây dựng cơ sở nền thông tin địa lý. Nó cho phép đẩy nhanh tiến độ thi cơng
đáng kể, giảm chi phí thi cơng và đạt độ chính xác cao, do vậy cần phải có các bước chuẩn bị đầy
đủ, kịp thời trước khi ứng dụng hệ thống này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. APEI first to purchase Leica Citymapper 2 ( />[2]. Bản giới thiệu Leica Citymapper 2 More Information, Smarter Decisions: (https://leica-geosystems.
com/products/airborne-systems/-/media/74923E90C017497E9B7B6D67C9BC2FC6.ashx).
[3]. Bản giới thiệu Leica Citymapper 2 Hybrid Airborne Sensor Product Specification.
[4]. Bluesky uses Leica Citymapper to capture major UK cities 3D ( />[5]. Lê Tuấn Anh, Trần Đức Thuận, Phạm Văn Tuân, Lê Đình Hiển (2018). Ứng dụng cơng nghệ tích hợp
LiDAR và chụp ảnh hàng không (Citymapper - Leica) trong thu nhận, xử lý và thành lập dữ liệu không gian
địa lý. Báo cáo khoa học cơng nghệ tồn quốc nghành đo đạc bản đồ năm 2018.
[6]. Leica Airborne Citymapper - Giải pháp thú vị để thành lập bản đồ thành phố: fumadas.
com/.
[7]. A new are of airborne city mapping ( />[8]. Trần Đức Thuận, Dương Văn Hải, Bùi Huy Hoàng, Cáp Xuân Tú (2018). Nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ
thu thập dữ liệu không gian địa lý phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu đa mục tiêu. />TMVDATA/NAM2018.pdf.
[9]. Công ty TNHH MTV Trắc địa Bản đồ (2021). Tài liệu hướng dẫn quy trình tổng thể Citymapper (Tài liệu lưu
hành nội bộ, đang trong quá trình hồn thiện).

Ngày chấp nhận đăng: 10/11/2021. Người phản biện: TS. Nguyễn Bá Dũng


260

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững