ANTHI Việt Nam

Trong thực tiễn hầu hết các hệ thống quét laser 3D TLS sử dụng trong các ứng dụng đo đạc đều được thiết kế trên nền tảng nguyên lý thời gian di chuyển (time-of-flight). Trong trường hợp này, hai nguyên tắc được sử dụng để đo khoảng cách trong các thiết bị TLS là: PULSED TIME-OF-FLIGHT (thời gian di chuyển trực tiếp) và PHASE DIFFERENCE TIME-OF-FLIGHT (thời gian di chuyển gián tiếp). Ở nguyên tắc thứ nhất, khoảng cách từ cảm biến trong thiết bị TLS tới đối tượng điểm được xác định bằng cách đo thời gian cần để tín hiệu laser di chuyển từ cảm biến tới bề mặt đối tượng và quay trở lại cảm biến. Như vậy các tọa độ trên hệ tọa độ cực 3D được tính toán sử dụng các kết quả đo khoảng cách kết hợp với trị số góc ngang và đứng đã được đăng ký khai báo sẵn trong thiết bị. Ngược lại, với nguyên tắc thứ hai các máy quét TLS được thiết kế dựa trên cơ sở pha (Phase-based Scanner) theo đó khoảng cách được xác định bằng sự khác biệt ghi nhận được giữa tín hiệu truyền đi và tín hiệu nhận lại từ các điểm mà máy quét qua. Kỹ thuật này thường được sử dụng cho các hệ thống laser có khả năng tạo liên tục thành chuỗi trùm tia laser, như vậy máy sẽ có khả năng nhận lại được một chuỗi các phép xác định khoảng cách thành công chứ không phải từng phép đơn lẻ.

Bảng dưới đây cung cấp các công thức toán học làm cơ sở để xây dựng nên hai nguyên lý thời gian di chuyển nêu trên.

Công thức toán học được sử dụng để tính khoảng cách đo (d) và độ phân giải khoảng cách (Δd) trong hai nguyên lý đo tín hiệu (pulse-based) và khác biệt pha (phase-difference) trong các máy quét laser 3D TLS.

Xét trên khía cạnh thực tiễn ứng dụng, việc lựa chọn chủng loại thiết bị TLS phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể trong thực tiễn, chính những yêu cầu này sẽ giúp xác định rõ các chỉ tiêu kỹ thuật mà máy quét phải đạt được. Xét về tổng quan chúng ta có thể xem xét một số chỉ tiêu chung khi lựa chọn hệ thống TLS phù hợp, những chỉ tiêu cơ bản này bao gồm: Khoảng cách quét cực đại mà máy có thể vươn tới, tốc độ quét, độ phân giải quét và chất lượng của mỗi phép đo (bao gồm độ chính xác, khả năng đo lặp, độ chính xác trên toàn dải đo). Một thực tiễn chúng ta cần hết sức lưu ý khi lựa chọn máy quét laser 3D đó là các đặc tính làm việc của hệ thống phụ thuộc vào phương pháp đo khoảng cách sử dụng trong thiết bị TLS đó. Ví dụ các máy quét nguyên lý đo tín hiệu (pulse-based) có khả năng quét trên khoảng cách dài (trong hầu hết các trường hợp đều đạt dưới 2.000m); tuy nhiên những máy này lại có tốc độ quét chậm và độ chính xác thấp hơn so với các hệ thống máy dựa trên nguyên lý khác biệt pha (phase-difference). Các hệ thống máy TLS dựa trên nguyên lý đo khoảng cách trên cơ sở khác biệt pha có tốc độ đo quét rất nhanh và đạt độ chính xác cao hơn, tuy nhiên chúng lại bị hạn chế về khoảng cách quét hiệu quả lại bị giới hạn (thường trong khoảng dưới 100m). Về tổng quan có thể kết luận rằng máy quét thiết kế dựa trên nguyên lý đo tín hiệu rất phù hợp cho các ứng dụng đo đạc trắc địa công trình và đo đạc địa hình, xây dựng mô hình 3D đô thị, khảo sát và xây dựng mô hình các khu công nghiệp và nhà máy lớn. Ngược lại các máy quét thiết kế dựa trên nguyên lý đo khác biệt pha lại phù hợp cho việc đo đạc thành lập bản đồ chi tiết khu vực, xây dựng mô hình các đối tượng kích thước nhỏ, dựng mô hình máy móc, thiết kế ngược, kiểm tra lắp ráp thiết bị và xây dựng hồ sơ lưu trữ di sản dưới dạng số.

3. Tiềm năng và những ứng dụng của kỹ thuật TLS trong các hoạt động xây dựng hầm

Các hoạt động kỹ thuật trắc địa công trình liên quan tới toàn bộ vòng đời của bất kỳ dự án xây dựng công trình hầm nào trên thế giới. Chúng ta có thể phân chia công tác trắc địa công trình thành bốn nhóm hạng mục cơ bản như sau: (a) xây dựng lưới khống chế trắc địa mặt bằng và độ cao khu vực triển khai dự án; (b) triển điểm và xác định tim hầm trong quá trình đào theo các trục; (c) đo đạc giám sát biến dạng bề mặt khu vực cũng như thân hầm trong suốt quá trình triển khai; (d) lập bản đồ chi tiết hành lang hầm phục vụ cho xây dựng hồ sơ trắc địa công trình, hỗ trợ phân tích địa chất và địa kỹ thuật cũng như thống kê quản lý tài sản trong quá trình triển khai xây dựng.

Các lưới khống chế trắc địa là yêu cầu bắt buộc đối với cả hai khu vực là trên bề mặt và dưới tầng đào sâu, tất cả các công tác đo đạc về sau đều phải dựa trên lưới khống chế trắc địa đã được hình thành ngay từ bước đầu này. Lưới khống chế mặt phẳng trên bề mặt đất thường được xây dựng dựa trên kỹ thuật đo định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS, trong khi lưới khống chế độ cao được hình thành thông qua việc sử dụng các máy thủy chuẩn độ chính xác cao và các điểm khống chế độ cao cấp tương ứng. Kết quả của quá trình này sẽ cho chúng ta lưới khống chế trắc địa trên bề mặt đất có khả năng tăng dày theo yêu cầu để cung cấp khả năng khống chế cung cấp tọa độ cũng như theo dõi trong suốt quá trình đào và xây dựng hầm. Để phục vụ cho mục đích này, các kỹ sư trắc địa có thể sử dụng các phương pháp đo đường truyền kín hoặc hở để dẫn tọa độ và độ cao tới tất cả mọi điểm thi công trong hầm bằng các phương pháp, kỹ thuật và thiết bị đo đạc truyền thống. Cũng tương tự như vậy, các kỹ thuật và thiết bị này cũng được sử dụng trong quá trình triển điểm, xác định vị trí phục vụ cho việc định vị và định hướng theo các trục trong quá trình đào hầm dựa vào các điểm khống chế mặt bằng và độ cao đã được thiết lập trong và ngoài lưới. Ngoài ra trong quá trình thi công hầm, các hệ thống khác cũng được tích hợp sử dụng như các thiết bị laser con quay, thủy chuẩn điện tử chuyên dụng thi công hầm nhằm duy trì liên tục, ổn định và chính xác hướng hầm trong quá trình đào theo các trục thiết kế. Thực tế các máy quét laser 3D mặt đất không phù hợp để sử dụng trong giai đoạn này như đo đạc khống chế lưới, triển điểm thi công theo thiết kế. Mặc dù vậy, tới thời điểm hiện tại một số mẫu máy quét thế hệ mới nhất đã tích hợp thêm các chức năng triển điểm cơ bản, đặc biệt là các máy quét do Leica Geosystems thiết kế trong đó người sử dụng có thể tìm thấy những kỹ thuật và nguyên lý cơ bản trong đo đạc khống chế trắc địa và triển điểm khi thi công trong phần mềm điều khiển của những máy quét này.

Liên quan tới các hoạt động đo đạc xác định các yếu tố hình học của hầm theo thiết kế và thi công thực tiễn, kỹ thuật TLS đã được chứng minh là công cụ lập bản đồ và kiểm soát chất lượng rất mạnh nếu được kết hợp một cách hài hòa và chính xác với lưới khống chế trắc địa công trình đã được thành lập. Ngay ở giai đoạn đào hầm, những nhiệm vụ triển khai cụ thể như kiểm soát mặt cắt ngang hầm đã đào, xác định các chỉ số đào chưa tới và đào quá sâu so với mặt hầm thiết kế lý tưởng, xác định hiện trạng vách hầm sau khi nổ vào đào, hiển thị hình dạng hầm ngay sau khi đào. Kỹ thuật TLS cũng được sử dụng một cách hiệu quả trong suốt quá trình kiểm tra mặt cắt ngang, tính toán thể tích, xác định độ dày lớp bê tông phun lót vách hầm … Ngay cả trong các bước cuối cùng của quá trình hoàn thiện hầm, kỹ thuật quét laser 3D mặt đất vẫn đóng góp phần quan trọng trong việc tạo ra mô hình tổng thể hầm gắn kết trực tiếp với tài liệu hoàn công để phục vụ một cách có hiệu quả trong quá trình vận hành sử dụng cũng như duy tu bảo dưỡng công trình. Ngoài ra việc thống kê và quản lý các tài sản có liên quan tới công trình hầm cũng đặc biệt hữu hiệu với sự góp mặt của các tập hợp số liệu do TLS tạo ra.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn