DÂY LƯNG & VÍ DA CHẤT LƯỢNG CAO THƯƠNG HIỆU H2


Công nghệ LiDAR và các ứng dụng của nó


Ảnh mới nhất chụp Việt Nam bằng công nghệ Lidar
LiDAR LÀ GÌ?
 
LiDAR, Light Detection And Ranging, là một thuật ngữ để chỉ một công nghệ viễn thám mới, chủ động, sử dụng các loại tia laser để khảo sát đối tượng từ xa. Dữ liệu thu được của hệ thống là tập hợp đám mây điểm phản xạ 3 chiều của tia laser từ đối tượng được khảo sát.
Một hệ thống LiDAR điển hình thường được gắn cố định trên một loại máy bay phù hợp nào đó. Nguyên lý làm việc của hệ thống tương tự như các hệ thống viễn thám chủ động khác. Khi máy bay bay trên vùng cẩn khảo sát, cảm biến laser sẽ phát ra các chùm tia laser về phía đối tượng, bộ thu nhận tín hiệu laser gắn kèm với cảm biến sẽ thu nhận tín hiệu phản xạ từ đối tượng. Hệ thống LiDAR thường sử dụng gương quét để khảo sát đối tượng theo từng dải với độ rộng của dải dữ liệu do góc quay của gương quét quy định. Mật độ điểm dữ liệu thu được phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: vận tốc máy bay, độ cao bay quét, mức độ quay của quươn quét… Khoảng cách được xác định qua việc tính toán thời gian đi-về của tia laser được phát đi. Điểm dữ liệu nhận được thường bao gồm thông số về vị trí 3 chiều của đối tượng (X.Y,Z) và cường độ tia laser phản hồi. Vị trí 3 chiều chính xác của thiết bị quét, góc quay của gương và khoảng cách thu được của tập hợp điểm sau đó sẽ được sử dụng để tính toán vị trí 3 chiều các điểm trên bề mặt đối tượng khảo sát. Hệ thống LiDAR thường được gắn kèm với các thiết bị định vị (GPS) và thiết bị xác định quán tính (IMU/INS) và 1 trạm định vị mặt đất (GPS Base station) để thu thập đầy đủ tham số hiệu chỉnh cho quá trình xử lý dữ liệu sau này. Mỗi giây khảo sát, công nghệ LiDAR có thể giúp thu thập hàng trăm ngàn điểm dữ liệu với độ chính xác rất cao, do đó, sản phẩm làm ra từ tập hợp dữ liệu này được đánh giá là có độ chính xác CỰC KỲ CAO về vị trí (X,Y,Z) (+/- vài cm đến vài chục cm)
Hệ thống LiDAR còn có thể được gắn kèm máy ảnh số để đồng thời thu thập ảnh viễn thám (không ảnh) của khu vực khảo sát, cung cấp nguồn dữ liệu rất chi tiết và đầy đủ. Dữ liệu do hệ thống khảo sát được thu thập trực tiếp ở dạng số (digital) làm cho các quá trình tiếp theo vô cùng thuận lợi. Ngoài ra, LiDAR ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, và các tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm cải tiến thiết bị diễn ra rất nhanh và mạnh mẽ làm cho công nghệ này ngày càng phổ biến và hiệu quả.
LiDAR VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG
Khảo sát địa hình và lập bản đồ
Với sản phẩm sơ cấp cơ bản là các mô hình số địa hình (DEM – Digital Elevation Model) và mô hình số bề mặt (DSM – Digital Surface Model) với độ phân giải và độ chính xác rất cao, LiDAR có thể được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt các ứng dụng cần thành lập bản đồ tỷ lệ lớn, các ứng dụng liên quan tới phát triển hoặc quản lý duy trì hạ tầng cơ sở.
lidar_Manhattan.jpg
Hình ảnh LiDAR của khu vực Lower Manhattan
Lâm nghiệp
Chủ yếu ứng dụng LiDAR để đánh giá và thống kê sản lượng gỗ, phân tích điều kiện sống hoang dã, tương quan của các yếu tố như tán, độ dày tán, dạng lá… tới sản lượng gỗ rừng; ước tính sinh khối, trữ lượng gỗ và các tham số lâm nghiệp khác.
Lập bản đồ ngập úng
Dữ liệu LiDAR với độ chính xác và độ phân giải cao được sử dụng rất hiệu quả trong xây dựng các mô hình ngập úng, nâng cao độ chính xác của mô hình, xác định ranh giới ngập úng chính xác, cung cấp thêm nhiều thông tin về các đối tượng/địa vật chịu ảnh hưởng; thành lập bản đồ nguy cơ ngập úng, vùng ưu tiên sơ tán, hoặc tiếp tục phân tích để thành các bản đồ suy dẫn như bản đồ mức bảo hiểm lũ lụt…
Các ứng dụng cho đới duyên hải
Với các công cụ thành lập bản đồ phu hợp, dữ liệu LiDAR với độ chính xác cao, mật độ điểm dữ liệu dày đặc, thời gian thu thập dữ liệu ngắn… rất phù hợp cho các ứng dụng để quản lý và dự báo xói mòn bờ biển; đánh giá và dự báo bồi lắng, quan trắc và dự báo ngập lụt ven biển…
Địa hình đáy biển
Công nghệ LiDAR có thể giúp lập bản đồ địa hình đáy biển tới độ sâu 70m, hữu ích trong các dự án xác định luồng lạch tàu vào, thiết kế quy hoạch cảng và các kênh giao thông thủy.
Trượt lở
LiDAR có thể được sử dụng để quan trắc và dự báo trượt lở, đặc biệt với các sườn dốc, nhờ đặc điểm thu thập dữ liệu nhanh chóng với độ chính xác cao và mật độ dữ liệu dày đặc. Công nghệ này cũng có thể được sử dụng để đánh giá nhanh thiệt hại và thiết lập bản đồ thể hiện tình trạng hậu trượt lở nhanh chóng chính xác.
Các tuyến truyền tải
Áp dụng công nghệ LiDAR nhanh chóng lập bản đồ các tuyến truyền tải trải dài, thể hiện chính xác vị trí các tháp truyền tải (cột điện), địa hình của hành lang truyền tải và các loại đối tượng tồn tại trong hành lang (cây xanh…) phục vụ điều chỉnh, sửa chữa duy tu và thiết kế nâng cấp tuyến.
Lập bản đồ giao thông
Đặc điểm mật độ dữ liệu dày đặc và chính xác của công nghệ LiDAR rất phù hợp với yêu cầu của các ứng dụng trong ngành giao thông vận tải, do đó nó thương được sử dụng để: quan trắc, giám sát, duy tu bảo dưỡng và quản lý các đối tượng như đường sắt, đường bộ, hệ thống tín hiệu biển báo, các điểm trạm đỗ dừng, nhà ga bến cảng, sự xuống cấp mặt đường, điểm tai nạn, mật độ giao thông, bùng binh… mà không cần làm gián đoạn các dịch vụ liên quan.
Mạng điện thoại di động
Quy hoạch và quản lý các mạng ĐTDĐ yêu cầu phải có thông tin chi tiết về bề mặt địa hình, lớp phủ thực vật, các tòa nhà và công trình. Để đảm bảo tầm nhìn và xác định các khu vực phát triển mạng, các CSDL chính xác và chi tiết chứa các thông tin về các chướng ngại vật tự nhiên và nhân tạo là cực kỳ quan trọng. Công nghệ LiDAR đã được chứng minh là rất phù hợ cho các mục đích này và ngày càng có nhiều công ty viễn thông khai thác sử dngj công nghệ này trong hoạt động của họ
Lập mô hình đô thị và mô phỏng đô thị
Các ứng dụng trong lĩnh vực này thường nhằm tạo ra một mô hình thành phố ảo với nền địa lý và các công trình xây dựng, kiến trúc như đô thị thực. Mô hình có thể được khai thác phục vụ rất nhiều đối tượng từ quy hoạch kiến trúc, xây dựng, giao thông tới game online (VD: the second life). Cách phổ bến chia sẻ mô hình này cũng rất linh động, từ ứng dụng trên máy bàn tới qua web, sử dụng các chuẩn mở, dễ trao đổi và dễ cấu hình phù hợp từng đối tượng sử dụng.
Các ứng dụng khác với LiDAR:
Bên cạnh các ứng dụng đã trở nên phổ biến trên đây, dữ liệu LiDAR, với đặc trưng của nó, rất có tiềm năng được khai thác trong nhiều ứng dụng khác như mô phỏng tác động của bão, tạo mô hình 3 chiều đô thị (thành phố ảo), mô phỏng thiệt hại của động đất, khai khoáng, môi trường… Các ứng dụng đăck biệt hữu ích khi dữ liệu LiDAR được tích hợp vào môi trường của hệ thông tin địa lý (GIS) để quan trắc, dự báo và lên phương án ứng phó. Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm:
  • Cấu trúc địa điểm tham chiếu
  • GIS và hàng không công nghệ cao
  • Quy hoạch sân gofl và khu nghỉ dưỡng
  • Các dự án thủy điện
  • Các dự án xây dựng dân dụng lớn
  • Các ứng dụng quân sự quốc phòng
  • Khai thác mỏ lộ thiên
  • Hành lang đường sắt
  • Các dịch vụ bay khảo sát đáy biển
  • Khảo sát đô thị tỷ lệ lớn
  • Lập bản đồ hồng ngoại nhiệt phòng chống cháy rừng
Lidar_archeology1.jpg
Công nghệ LiDAR với Khảo cổ học
ƯU ĐIỂM CHÍNH CỦA LiDAR:
LiDAR có thể thu thập dữ liệu địa hình rất chính xác trong khi bay quét ở độ cao lớn hơn độ cao bay chụp không ảnh. Độ chính xác của dữ liệu bay chụp không ảnh tỷ lệ với độ cao bay chụp trong khi độ chính xác của dữ liệu LiDAR giảm đi không đáng kể khi độ cao bay tăng lên. Hơn nữa, LiDAR thu nhận trực tiếp dữ liệu 3 chiều
LiDAR chỉ cần duy nhất 1 tia laser “gần-vuông góc” với mặt đất để khảo sát địa hình. Tia laser có khả năng xuyên qua tán cây chạm tới bề mặt và phản hồi tới cảm biến trong khi chụp không ảnh lại yêu cầu hiệu ứng lập thể (cùng nhìn thấy 1 điểm trên mặt đất từ hai phía). Như vậy, LiDAR sẽ thu thập được dữ liệu bề mặt địa hình nhiều hơn, đặc biệt khi quét qua các khu vực có thực vật che phủ.
LiDAR có thể thu nhận tín hiệu phản hồi đầu tiên và cuối cùng với tần suất trung bình 5 ngàn tới 33 ngàn tia/giây, do đó dữ liệu thu được cho phép lập bản đồ bề mặt địa hình và bề mặt tán cây với mật độ dữ liệu dày và độ chính xác cao. Một số hệ thống LiDAR còn cho phép thu nhận các tín hiệu phản hồi trung gian (giữa tín hiệu đầu và cuối) cho phép phân tích cấu trúc đối tượng (cấu trúc tán). Phương pháp không ảnh cũng tạo được các điểm độ cao dày nhưng phải bằng cách tăng dày thủ công (tốn kém và mất thời gian), hoặc bằng phương pháp tương quan ảnh tự động, tuy nhiên phương pháp này chỉ trích xuất được các điểm ngọn cây và nóc nhà ma không tạo ra được các điểm mặt đất.
LiDAR cho phép thu thập dữ liệu cả ngày và đêm trong khi phương pháp không ảnh chỉ thực hiện được trong 1 khoảng thời gian hạn chế ban ngày khi ánh sáng tối ưu.
Hiện nay LiDAR đã được sử dụng rất rộng rãi và được chứng minh là phương pháp hiệu quả để tạo lập DTM, DSM, mô hình hóa môi tường đô thị, lập bản đồ ngập úng, đánh giá nguy cơ trượt lở, lập bản đồ chi tiết thủy văn, phân tích bề mặt, quản lý hạ tầng và hiển thị dữ liệu trong không gian 3 chiều. Công nghệ này cũng được sử dụng rất hiệu quả trong thành lập bản đồ cho các đối tượng tuyến (đường ống dẫn, đường truyền tải điện, đường giao thông…) phục vụ quản lý, bảo dưỡng và duy tu… Trong một số ứng dụng (như mạng lưới điện) công nghệ LiDAR còn có thể được sử dụng để phát triển các phương án quy hoạch thông qua khả năng mô phỏng tích hợp. Trong tương lai, dữ liệu LiDAR khi được tích hợp với các hệ thống sẽ tạo ra nhiều khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác
Nguồn: Saga