Lidar là gì? Ứng dụng và xu hướng của Lidar trong ngành trắc địa

Lidar là công nghệ được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực trong đó có khảo sát và tạo bản đồ độ phân giải cao. Ở thời điểm hiện tại và dự báo tương lai, công nghệ Lidar đã/sẽ hỗ trợ rất nhiều trong hoạt động trắc địa. Để hiểu rõ hơn về Lidar là gì và các vấn đề liên quan, mời bạn cùng Csurvey tìm hiểu chi tiết qua bài viết!

1. Lidar là gì?

LiDAR viết đầy đủ là Light Detection and Ranging, đây là công nghệ viễn thám dựa trên cảm biến laser để đo khoảng cách tới mục tiêu. Công nghệ Lidar được ứng dụng nhiều trong GIS (Hệ thống thông tin địa lý) nhằm xây dựng mô hình số độ cao (DEM) và mô hình số địa hình (DTM) hỗ trợ lập bản đồ 3D.

Hình ảnh chụp từ công nghệ Lidar

Hệ thống Lidar được cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau, bao gồm:

• Đầu gửi: Đây là thiết bị gửi tia laser ra, thiết bị này có thể quay để gửi tia laser tại nhiều góc khác nhau. 

• Đầu nhận: Là thiết bị ghi lại thời gian để tia laser trở lại sau khi chịu tác động của môi trường. 

• Tia laser: Đây là bộ phận nguồn sáng đầu ra cho hệ thống Lidar. Một hệ thống Lidar bao gồm một hoặc nhiều tia laser khác nhau.

• Bộ xử lý: Bộ xử lý là phần cứng hoặc phần mềm tính toán khoảng cách từ thiết bị đến mục tiêu dựa trên thời gian đo được bởi đầu nhận.

• Thiết bị lưu trữ: Thiết bị lưu trữ là nơi lưu trữ dữ liệu đo được bởi hệ thống Lidar.

• Phần mềm xử lý: Được sử dụng để xử lý dữ liệu đo được và tạo ra bản đồ 3D.

• Thiết bị điều khiển: Thiết bị điều khiển là phần mềm hoặc phần cứng.

Công nghệ Lidar xuất hiện vào những năm 1960 khi máy quét laser được gắn vào máy bay. Tuy nhiên ở thời điểm này, LiDAR vẫn chưa thực sự phổ biến, mãi cho đến những năm 1980, sau khi GPS ra đời, Lidar mới trở thành một phương pháp phổ biến để tính toán các phép đo không gian địa lý chính xác.

Các đơn vị quét LiDAR có thể bắn hàng trăm nghìn xung mỗi giây dựa vào loại cảm biến sử dụng. Mỗi phép đo hoặc trả về laser xung này trong Lidar có thể được xử lý thành hình ảnh 3D được gọi là “đám mây điểm”.

2. Nguyên lý hoạt động của công nghệ Lidar

Nguyên lý hoạt động của hệ thống Lidar có thể hiểu đơn giản như sau: Phát một chùm tia laser tới một đối tượng và bộ đọc laser sẽ đo khoảng thời gian phản xạ lại của laser đồng thời tính toán vị trí của đối tượng. Sau đó, dữ liệu sau khi quét laser được lưu trữ trong bộ nhớ để sử dụng sau này.

Ngoài ra, công nghệ Lidar giúp thu thập dữ liệu về địa hình bằng việc phản hồi các đối tượng trên mặt đất. Sau đó, thiết bị cho phép bộ đọc laser tính toán chiều cao đối tượng và lưu trữ trong bộ nhớ để sử dụng sau này. 

Công nghệ quét Lidar chụp nội thành Huế

Công nghệ quét Lidar còn được sử dụng để thu thập dữ liệu về các đối tượng khác nhau trong môi trường. Ví dụ, các dữ liệu về đối tượng cây, cỏ, động vật… Sau đó, hệ thống sẽ lưu trữ các thông tin này trong bộ nhớ để sử dụng sau này. 

3. Ứng dụng và lợi ích của công nghệ Lidar trong trắc địa

3.1. Ứng dụng của công nghệ Lidar trong trắc địa

Ứng dụng của công nghệ quét Lidar trong công tác trắc địa thể hiện ở nhiều mục, tiêu biểu gồm:

• Đo lường và phân tích không gian: Công nghệ Lidar ứng dụng trong thiết bị bay chụp sử dụng một bộ quét laser để thu thập dữ liệu về một khu vực cụ thể. Quét Lidar có thể được sử dụng để xây dựng bản đồ 3D, đo lường chiều cao, đo lường diện tích, đo lường hình dạng và độ sâu của một khu vực.

• Xây dựng bản đồ 3D của một khu vực: Bản đồ 3D được chụp qua công nghệ Lidar có thể được sử dụng để phân tích không gian, đánh giá tình trạng môi trường, định vị và đo lường các đối tượng trong một khu vực. Ngoài ra, quét Lidar cũng có thể được sử dụng để đo lường chiều cao của các đối tượng trong một khu vực, đo lường diện tích của một khu vực, đo lường hình dạng của một khu vực và đo lường độ sâu của một khu vực.

• Phân tích không gian trong công tác trắc địa: Công nghệ Lidar có thể được sử dụng để phân tích các đối tượng trong một khu vực, định vị, đánh giá và đo lường các đối tượng trong một khu vực.

>>> Bài viết liên quan: FPV là gì? Hiểu đúng về FPV Drone và Flycam

3.2. Lợi ích của việc sử dụng công nghệ Lidar trong trắc địa

Công nghệ Lidar được ứng dụng nhiều trong công tác trắc địa bởi nó mang lại nhiều lợi ích như:

Đảm bảo chất lượng, tiết kiệm thời gian

Cần thêm dữ liệu từ mỗi chuyến bay để mang lại các hoạt động hiệu quả hơn. Với một cảm biến lai trong không khí, điều này có thể đạt được. Kết hợp hình ảnh và LiDAR trong một chuyến bay, hai lần dữ liệu có thể được ghi lại trong một nửa thời gian với chất lượng dữ liệu được cải thiện đáng kể.

Ưu điểm nổi bật của giải pháp là thay vì thu thập các đối tượng một cách riêng lẻ, một mô hình 3D với đám mây điểm thể hiện tất cả các đối tượng trên tuyến sẽ được thành lập, sau đó được sử dụng để thu nhận tất cả các đối tượng cần thiết. Điều này giúp loại bỏ vấn đề thường xảy ra với phương pháp truyền thống như đo đạc sót đối tượng, đồng thời tăng độ tin cậy và độ chính xác.

Công nghệ quét Lidar giúp tiết kiệm thời gian khảo sát

Giảm độ trễ dữ liệu, tiết kiệm chi phí

Quy trình làm việc tự động hóa cao là yếu tố bắt buộc để có chu kỳ làm mới nhanh hơn, giảm độ trễ dữ liệu, độ phân giải cao hơn và các quy trình tiết kiệm chi phí hơn. Sử dụng phần mềm xử lý hậu kỳ, như Trimble Business Center, giúp tiết kiệm thời gian, tiền bạc và cho phép người dùng tập trung vào các khía cạnh khác. Dữ liệu cũng có thể được chuyển nhanh hơn đến người dùng cuối và với chất lượng cao hơn.

Tăng khả năng tiếp cận

Để đưa dữ liệu đến tay người dùng cuối nhanh nhất có thể với những kỹ thuật càng nhỏ càng tốt. Cho hình ảnh hiện tại, diện tích lớn, độ phân giải cao được cung cấp sẵn sàng với chi phí hợp lý nhất, bởi vì một lần thu thập dữ liệu có thể phục vụ nhiều người dùng cuối.

4. Xu hướng tương lai của công nghệ Lidar với ngành trắc địa

Theo nhiều dự báo, công nghệ Lidar chắc chắn sẽ còn phát triển hơn nữa trong tương lai, đặc biệt là với ngành trắc địa. 

Công nghệ LiDAR là một công nghệ hiện đại vượt trội không chỉ được sử dụng trong ngành trắc địa mà còn được sử dụng trong nghiên cứu và các thiết bị công nghệ mới. Trong tương lai, hệ thống cảm biến lidar được nghiên cứu để giảm kích thước và chi phí vận hành, hệ thống này chắc chắn sẽ được trang bị trên nhiều thiết bị trắc địa, máy bay chụp hơn.

Công nghệ quét Lidar trong trắc địa

Xu hướng tương lai của công nghệ Lidar sẽ nhanh chóng đưa ngành trắc địa, đo đạc lên một tầm cao mới. Hiện tại, một số công ty ở Mỹ và Trung Quốc chuyên phát triển thiết bị bay chụp, khảo sát đã đi đầu trong việc nghiên cứu cũng như phát triển hơn về công nghệ này. 

>>> Tham khảo thêm: Tỉ lệ bản đồ là gì? Ý nghĩa, ứng dụng và cách tính chi tiết

Có thể thấy, công nghệ quét Lidar đã trở thành một phần quan trọng trong công tác trắc địa. Nhờ sự hỗ trợ của Lidar giúp người dùng dễ dàng phân tích cũng như đo lường môi trường xung quanh chính xác, hiệu quả hơn. Dự báo trong tương lai, công nghệ này sẽ còn phát triển hơn nhiều. 

Mời bạn tham khảo một số thiết bị ứng dụng Lidar trong trắc địa:

• Máy bay khảo sát DJI Mavic 3 Enterprise Series
• Máy bay Chụp Trắc Địa Teodrone