LiDAR là gì?
LiDAR là một công nghệ viễn thám chủ động dựa trên cảm biến laser, viết tắt từ cụm từ Light Detection and Ranging. Nguyên tắc cơ bản hoạt động của LiDAR là phát một tia laser và đo thời gian mà tia laser phản xạ lại. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để tạo ra mô hình số độ cao (DEM) hoặc mô hình số địa hình (DTM) để xây dựng bản đồ 3D.
Hình 1. Minh họa công nghệ viễn thám bị động và viễn thám chủ động.
Cách thức hoạt động của LiDAR
- Phát tín hiệu laser.
- Ghi lại thông tin tín hiệu laser phản xạ lại.
- Đo khoảng cách dựa trên thời gian laser phản xạ.
- Xác định vị trí và độ cao của máy bay.
- Tính toán chính xác vị trí của tín hiệu phản xạ.
Hình 2. Nguyên tắc đo khoảng cách bằng LiDAR.
Ứng dụng của LiDAR gắn trên Drone
Việc sử dụng LiDAR gắn trên drone phù hợp cho các nhu cầu đo đạc và khảo sát như:
- Khảo sát các khu vực địa hình nhỏ, có khả năng bay an toàn (nhỏ hơn 10 km2 hoặc có hình dạng dọc dài khoảng 100 km).
- Tạo bản đồ dưới lớp phủ thảm thực vật.
- Khám phá các vùng khó tiếp cận bằng phương pháp đo đạc truyền thống.
- Yêu cầu cập nhật dữ liệu mới hoặc cập nhật thường xuyên.
- Độ chính xác cần thiết từ 2,5 đến 10 cm.
Cách hoạt động của LiDAR
LiDAR là một công nghệ tương tự như radar, nhưng sử dụng laser thay vì sóng vô tuyến. Nguyên tắc hoạt động của LiDAR khá đơn giản:
- Cảm biến phát ra một xung laser tới bề mặt.
- Cảm biến nhận lại tín hiệu laser phản xạ từ bề mặt đó.
- Cảm biến đo thời gian mà tia laser phản xạ lại mất.
- Qua công thức “Khoảng cách = (Tốc độ của ánh sáng x Thời gian đến được) / 2” để tính toán khoảng cách.
Quá trình này được lặp lại hàng triệu lần bởi cảm biến LiDAR, thu thập dữ liệu lên đến hàng triệu điểm và cuối cùng biểu diễn thông tin khu vực khảo sát dưới dạng đám mây điểm 3D – Point Cloud.
Cấu thành của một hệ thống LiDAR
Một hệ thống LiDAR tích hợp gồm 3 thành phần chính và có thể được gắn trên ô tô, máy bay hoặc UAV:
1. Máy quét laser (Laser Scanner)
LiDAR sử dụng một hệ thống phát xung laser, có thể được gắn trên các hệ thống di động khác nhau như ô tô, máy bay, máy bay không người lái. Cảm biến sẽ ghi lại thông tin về tín hiệu phản hồi, đo khoảng cách và góc quét. Tốc độ quét sẽ ảnh hưởng đến số lượng điểm và tín hiệu phản hồi của hệ thống.
2. Hệ thống định vị và đo hướng (GNSS – IMU)
Để sử dụng LiDAR hiệu quả, cần phải xác định vị trí và hướng chính xác của cảm biến. Hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) cung cấp thông tin vị trí chính xác về cảm biến (vĩ độ, kinh độ, chiều cao), trong khi bộ đo quán tính (IMU) xác định hướng chính xác của cảm biến trong không gian thông qua gia tốc và góc xoay. Dữ liệu từ hai cảm biến này được sử dụng để tạo ra cơ sở dữ liệu cho điểm chuẩn: đám mây điểm 3D.
3. Công nghệ tính toán
Để sử dụng dữ liệu từ LiDAR, cần tính toán và tổng hợp tất cả thông tin đầu vào để xác định chính xác vị trí của tín hiệu.
Hình 3. Minh họa các thành phần của một hệ thống LiDAR trên không.
Đánh giá thông số kỹ thuật của LiDAR phù hợp với nhu cầu dự án
- Máy quét laser (Laser Scanner): Cần quan tâm đến độ chính xác, độ phân giải, mật độ điểm, phạm vi quét và độ rộng vùng quét.
- Hệ thống định vị và đo hướng (GNSS): Cần đảm bảo rằng hệ thống GNSS tương thích với LiDAR và có điểm khống chế GNSS trên mặt đất.
- Pin: Nguồn pin cần đủ để hoàn thành dự án.
- Lắp đặt: Có thể dễ dàng gắn LiDAR trên nền tảng không gian (máy bay, UAV) hay xe ô tô mà bạn sử dụng hay không?
- Tệp dữ liệu: Định dạng dữ liệu đầu ra cần thiết là gì?
- Xử lý dữ liệu: Đánh giá khả năng cung cấp dữ liệu đầu ra tốt nhất cho khách hàng, bao gồm phân lớp dữ liệu Point Cloud, màu sắc, mô hình DTM, DEM, DSM.
Các ứng dụng chính của LiDAR hiện nay
- Ngành điện: Kiểm tra đường truyền điện để phát hiện sự chệch hướng, các vật cản trên hành lang đường dây, kiểm tra trạng thái cột điện,…
- Khảo sát đo đạc: Tạo ra mô hình số địa hình (DTM), mô hình số bề mặt (DSM), mô hình số độ cao (DEM), ảnh giao ảnh trực giao (Orthophoto),…
- Khai thác mỏ: Tính toán khối lượng, mô hình hóa bề mặt, tối ưu quá trình khai thác.
- Xây dựng dân dụng: Tạo bản đồ san lấp mặt bằng, lập kế hoạch và tối ưu hóa cơ sở hạ tầng (đường bộ, đường sắt, cầu, đường ống, sân golf), khảo sát xói mòn bãi biển để xác định biện pháp ứng phó sau thiên tai.
- Lâm nghiệp: Tạo bản đồ rừng để quản lý tối ưu hoạt động, đếm cây, tính toán khối lượng và sản lượng rừng.
- Nghiên cứu môi trường: Đánh giá tốc độ tăng trưởng, sự lây lan của dịch bệnh,…
Hãy liên hệ với hotline 0903 825 125 để được tư vấn miễn phí về Giải pháp LiDAR.
Bài viết được chỉnh sửa bởi: dnulib.edu.vn.
