Peter Rieger, Andreas Ullrich

Nhóm Kỹ thuật Công nghệ Công ty TNHH ANTHI Việt Nam tổng hợp biên soạn.

Trong quá khứ, việc tích hợp một cách hiệu quả phần cứng và sự kết hợp cần thiết của các công cụ phần mềm đã giúp chúng ta hình thành các hệ thống quét laser ba chiều đạt hiệu suất hoạt động cao trên thực địa và chính những yếu tố này đã hình thành nên một lớp rào cản về kỹ thuật và công nghệ trong tương lai. Có thể nói, ở thời điểm hiện tại rào cản này đã được gỡ bỏ gần như toàn bộ, theo đó người sử dụng có thể chỉ cần tập chung tất cả vào việc thu thập và phân tích số liệu đã thu mà không cần quan tâm tới việc tích hợp các hợp phần với nhau để tạo ra hệ thống – chính vì vậy các nhà đo đạc bản đồ sẽ chỉ còn lo thực hiện “đúng nhiệm vụ của mình” mà thôi. Nhưng cũng từ đó đã xuất hiện câu hỏi lớn vậy đâu là những tham số cơ bản đối với một hệ thống quét laser ba chiều (LiDAR) thế hệ mới? Trong các Bản tin Công nghệ tiếp theo, chúng ta sẽ cùng nhau tìm ra câu trả lời thoả đáng nhất.

Các hệ thống LiDAR thế hệ mới hiện đã được hợp thành thông qua việc tích hợp toàn bộ các nền tảng cảm biến số liệu khác nhau trong một thể thống nhất, thông thường chúng sẽ được cấu thành bởi các hợp phần cơ bản gồm một hoặc nhiều hơn một máy quét laser ba chiều, các máy chụp ảnh kỹ thuật số hoặc máy chụp ảnh đa phổ, siêu phổ độ phân giải cao, thiết bị định hướng trong kết hợp với các máy thu tín hiệu định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS cao cấp, các hệ thống chỉ huy hướng dẫn bay. Nhưng thực tiễn thì một hệ thống LiDAR không chỉ đơn thuần là phần cứng. Ngày nay các hệ thống LiDAR còn bao gồm cả các giải pháp và khả năng đo đếm để xác định cấu hình tối ưu và các tham số hệ thống chuẩn, các công cụ để lập kế hoạch bay đạt được hiệu suất tối đa, phần mềm đơn giản phục vụ cho người điều khiển có khả năng nhận thông tin hồi đáp liên tục trong suốt quá trình bay để kiểm soát tình trạng của hệ thống, chất lượng số liệu thu được và cuối nhưng không hẳn là cuối cùng chính là các phần mềm xử lý sau số liệu do các hệ thống LiDAR cung cấp.

Ngay từ giữa thập niên 90, sự phát triển của kỹ thuật quét laser ba chiều đã đi theo câu khẩu hiệu nổi tiếng của phong trào Olympic “Citius, Altius, Fortius – Nhanh hơn, Cao hơn, Mạnh hơn). Và kết quả cuối cùng, đó không chỉ đơn thuần là cuộc đua của các nhà thiết kế chế tạo máy quét laser ba chiều, mà còn phụ thuộc rất nhiều vào nhu cầu của các khách hàng và những đòi hỏi kỹ thuật đối với số liệu thu được trên các khu vực đo có diện tích rộng lớn, đi kèm với đó là tính hiệu quả cũng như chi phí giá thành phù hợp để có thể cung cấp được số liệu cho người dùng với chất lượng ngày càng cao, độ phân giải và độ chính xác ngày càng tốt hơn.

CUỘC CÁCH MẠNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

Cuộc cách mạng của kỹ thuật quét laser ba chiều diễn ra khoảng 15 đến 20 năm trước, đặc biệt trong lĩnh vực laser khuếch đại bán dẫn, khả năng khuếch đại lớn cho phép tăng cường tần suất phát và nhận xung tín hiệu laser tuyến tính tốc độ ánh sáng trên các cảm biến số liệu LiDAR thay đổi từ 50kHz trong quá khứ lên tới 2MHz ngày nay. Chúng ta cùng xem một ví dụ cụ thể để thấy rõ sự thay đổi này, một thiết bị cảm biến quét laser thế hệ cũ hoạt động ở độ cao mặt đất AGL 1.000 mét (3.300 feet) ở tốc độ bay tiêu chuẩn 100 knots sẽ thu được mật độ điểm trung bình đâu đó trong khoảng 0.5 điểm trên mỗi một mét vuông diện tích mặt đất khi sử dụng cảm biến laser tốc độ quét 50kHz, nhưng số lượng điểm sẽ tăng lên 22.5 điểm trên mỗi mét vuông nếu chúng ta sử dụng cảm biến laser thế hệ mới có tốc độ quét 2MHz – Đó thực sự là điều khác biệt khó có thể hình dung khi triển khai áp dụng công nghệ mới.

Hình 1: Một hệ thống LiDAR tiêu chuẩn đã được cấp chứng chỉ bởi Riegl lắp đặt trên tàu bay có người lái (Tàu bay Cessna 206 và hệ thống LiDAR Riegl VQ-1560-II)

Phân tích hình dạng sóng

Khi được công bố lần đầu tiên vào năm 2004, hệ thống quét laser ba chiều hàng không Riegl LMS-Q560 là hệ thống LiDAR đầu tiên trên thế giới được trang bị tính năng “số hoá phản hồi và ghi nhận hình dạng sóng”, một kỹ thuật mà đến thời điểm hiện tại đã trở thành tiêu chuẩn và được biết đến dưới dạng “buộc phải có” trên bất kỳ hệ thống quét laser ba chiều hàng không nào bán ra trên thị trường. Phép phân tích hình dạng sóng toàn phần chính là chìa khoá để nhận được các phép đo độ chính xác cao, tính năng đa mục tiêu tuyệt vời để chỉ ra các thuộc tính bổ sung cho các đối tượng mục tiêu cụ thể ví dụ như định chuẩn biên độ và mức độ phản hồi cũng như độ rộng của các sung tín hiệu. Trong quá khứ, để có được tất cả các yếu tố này đòi hỏi hệ thống phải ghi nhận được một lượng lớn số liệu hình dạng sóng cũng như khả năng xử lý sau số liệu để phục vụ phân tích. Tuy nhiên điều này đã thay đổi ở thời điểm hiện tại, bởi việc áp dụng kỹ thuật hình dạng sóng LiDAR trong chế độ thời gian thực, điều này giúp giảm bớt lượng số liệu cần thu thập cũng như tối thiểu thời gian xử lý trong khi vẫn duy trì được nội dung thông tin cần thiết để cải thiện chất lượng của các phép đo do hệ thống thực hiện.

(Còn tiếp)

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