Công nghệ cảm biến gắn trên các thiết bị bay không người lái (UAV) ngày càng đa dạng và phát triển. Chúng giúp người sử dụng drone thu thập dữ liệu nhanh hơn và chính xác hơn. Một trong những loại cảm biến mới và hiện đại nhất là cảm biến Lidar. Bằng cách triển khai một máy bay không người lái được trang bị cảm biến Lidar. Nó có thể tạo ra các mô hình đám mây điểm 3D với độ chính xác đến từng cm. Vậy cụ thể Lidar là gì?. Nó có những ưu điểm gì vượt trội?  Và loại cảm biến Lidar nào đang được sử dụng nhiều hiện nay?.

Với độ chính xác vượt trội, giải pháp này có thể đo đạc và thu thập dữ liệu từ các đối tượng, bề mặt, công trình, qua đó cho phép những chiếc máy bay không người lái này tạo ra bản đồ 3D một cách nhanh chóng và chính xác. Đây là một giải pháp khảo sát bản đồ hiện đại và tốt nhất hiện nay.

LiDAR là gì?

LiDAR là một dạng công nghệ viễn thám. Thay vì sử dụng máy ảnh chụp ảnh thông thường, cảm biến LiDAR phát ra các xung laser nhanh chóng và ghi lại các phản hồi – sử dụng các điểm dữ liệu đó để vạch ra một khu vực với độ chính xác cao.

Hệ thống LiDAR tạo ra một đám mây điểm với dữ liệu được điểm  lại từ các đối tượng trên mặt đất. Những điểm này là nguyên liệu thô cho các mô hình 3D. Trong khi việc lắp ráp các mô hình đó đòi hỏi phần mềm chuyên dụng – và các chuyên gia biết cách sử dụng nó – thì quá trình này tương đối nhanh và tạo ra các bản đồ chất lượng cao với kích thước tệp nhỏ.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng những hình ảnh 3D này không có chi tiết ảnh. Ví dụ, bản thân các xung laser sẽ không cung cấp cho bạn màu sắc của các vật dụng trên mặt đất. Dữ liệu đó sẽ phải đến từ một nguồn thay thế, chẳng hạn như một cảm biến bổ sung.

Công nghệ LiDAR đã có một vài bước phát triển trong những năm gần đây – cụ thể là, các mô-đun cảm biến đang có giá cả phải chăng hơn và nhẹ hơn đáng kể. Điều này đã cho phép sự phát triển nhanh chóng của các hệ thống máy bay không người lái LiDAR, với các mô hình mới xuất hiện và cho phép các công ty áp dụng công nghệ này vào nhiều trường hợp sử dụng hơn.

So sánh với phép đo quang(Photogrammetry)

Thu thập dữ liệu, thuộc tính dữ liệu được thu thập, chi phí, độ chính xác và ứng dụng là một số điểm khác biệt chính giữa cả hai công nghệ.

• Thu thập dữ liệu: LiDAR sử dụng xung laser để đo khoảng cách và là một hệ thống chủ động. Điều này có nghĩa là hệ thống tự tạo ra năng lượng (ánh sáng). Photogrammetry sử dụng cảm biến thụ động với hình ảnh chụp ảnh. Cảm biến thụ động phát hiện năng lượng truyền đi hoặc phản xạ từ một vật thể. Trong khi LiDAR có thể hoạt động trong bóng tối, thì Photogrammetry dựa vào ánh sáng xung quanh bên ngoài và yêu cầu điều kiện ánh sáng tốt. Photogrammetry thường không thể xuyên qua thảm thực vật dày đặc, trong khi các xung LiDAR có thể xuyên qua các khoảng trống trên tán lá và chạm tới mặt đất như ánh sáng mặt trời.
• Thuộc tính dữ liệu: LiDAR thường ghi lại các tọa độ x, y và z cũng như các giá trị cường độ. Đây là các giá trị nguyên thay đổi theo thành phần của vật thể bề mặt phản xạ chùm tia laser. Máy quét laser tạo ra các đám mây điểm 3D chứa tất cả các phép đo điểm 3D. Photogrammetry chụp hình ảnh 2D, sau đó phần mềm quang trắc sử dụng phương pháp lưới tam giác để tạo ra các phép đo điểm 3D sao cho biết tọa độ x, y và z cho từng điểm. Hình ảnh từ phép quang trắc cũng chứa thông tin màu sắc ở dạng giá trị RGB (đỏ, lục, lam) để tạo ra các mô hình 3D trực quan phong phú. LiDAR cũng có thể tích hợp camera RGB để ghi lại thông tin màu sắc cùng với các điểm 3D, nhưng đây không phải là tùy chọn mặc định, nghĩa là khi quét LiDAR không sử dụng camera RGB vẫn được.
• Chi phí & độ chính xác: So với phương pháp quang trắc ảnh, LiDAR nhìn chung đắt hơn và đòi hỏi chuyên môn về xử lý và phân tích dữ liệu cao hơn, tuy nhiên thời gian triển khai và xử lý LiDAR tốt hơn đáng kể so với Photogrammetry. Độ chính xác của LiDAR cũng tốt hơn rất nhiều so với Photogrammetry.
• Ứng dụng: LiDAR và Photogrammetry thường có các trường hợp sử dụng khác nhau do mỗi loại có đặc điểm và dữ liệu riêng. Nhưng cũng có thể có trường hợp cả hai đều phù hợp với công việc. Nhìn chung, LiDAR rất hữu ích cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng thu thập dữ liệu qua thảm thực vật: tương tự như cách các chùm ánh sáng xuyên qua những khoảng trống nhỏ trên tán cây, LiDAR có thể nhìn xuyên qua tán lá rậm rạp để lập bản đồ mặt đất bên dưới nó. Phương pháp Photogrammetry thích hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu mô hình 3D chi tiết và có kết cấu với màu sắc trung thực.

Các so sánh trên đều mang tính khái quát và việc ưu tiên sử dụng công nghệ này hay công nghệ kia phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Chi phí
• Thời gian
• Vị trí, kích thước khu vực cần lập bản đồ
• Nền tảng và yêu cầu của của dữ liệu

Tại sao nên sử dụng?

Máy bay không người lái Lidar là một cách nhanh chóng và an toàn để thu thập thông tin về bất kỳ loại địa hình nào. Điều này bao gồm một loạt các mục đích sử dụng – từ thực hiện kiểm tra an toàn đến kiểm tra tiến độ khai thác hoặc nông nghiệp hoặc thậm chí ước tính kích thước của một kho dự trữ tài nguyên từ không khí.

Tạo mô hình 3D chính xác về cảnh quan và cấu trúc là một điều dễ dàng đối với các công ty vận hành phi đội bay không người lái Lidar. Chúng cũng có thể nhận được các bản cập nhật theo thời gian, chẳng hạn như để theo dõi tiến độ của một tòa nhà đang được xây dựng và đo lường nó liên quan đến kế hoạch và sơ đồ.

Lidar cho phép các tình huống có thể đòi hỏi độ chính xác quá cao đối với các hệ thống đo quang. Ví dụ, các nhà khai thác hiện có thể lập bản đồ đường dây điện và dựng lại hiện trường tai nạn với các đám mây điểm 3D rất chi tiết được tạo ra bởi các mô-đun Lidar.

Ứng dụng

Khảo sát đất đai

Bất cứ khi nào bạn cần thực hiện một cuộc khảo sát chính xác trên không của một địa điểm, máy bay không người lái LiDAR là công cụ lý tưởng.

Sử dụng máy bay không người lái làm công cụ khảo sát rẻ hơn so với vận hành, điều khiển và tiếp nhiên liệu cho máy bay tiêu chuẩn. Ngoài ra, máy bay không người lái sử dụng UAV nhỏ. Nó không yêu cầu phi công phải bay qua địa hình, khiến nó trở thành một lựa chọn an toàn hơn. Một số ít các nhà khai thác mặt đất có thể lập bản đồ khu vực một cách nhanh chóng và có hệ thống và tiếp tục.

Khảo sát địa hình và độ sâu mực nước

Ngoài các cuộc khảo sát quy mô nhỏ, máy bay không người lái LiDAR có thể sử dụng các cảm biến để khảo sát các khu vực địa hình rộng lớn, thực hiện các nhiệm vụ thường được thực hiện bởi máy bay và trực thăng. Máy bay không người lái sử dụng tia laser cận hồng ngoại để khảo sát đất đai.

Bằng cách bay trên mặt nước và sử dụng ánh sáng xanh xuyên qua nước, máy bay không người lái LiDAR cũng có thể thu thập các phép đo về độ sâu của đáy biển hoặc lòng sông ở những khu vực cụ thể. Khi tạo bản đồ với dữ liệu đo độ sâu, tàu bay không người lái LiDAR có thể bao phủ cả đất liền và biển.

Kiểm tra đường dây điện

Các công ty tiện ích đã phải chật vật để đo lường các thành phần cơ sở hạ tầng nhỏ (bao gồm cả đường dây điện) trước khi các hệ thống LiDAR UAV ra đời. Bằng cách quét bức xạ điện từ không khí, các nhà khảo sát có thể đo lường các yếu tố rủi ro như sự xâm lấn của thảm thực vật.

Cho dù đo lường hiện trạng của cơ sở hạ tầng lưới điện hay lập kế hoạch cho các đường dây truyền tải mới, các tiện ích đều có thể dựa vào các mô hình 3D trên không. Xe bay, giúp di chuyển trên địa hình gồ ghề dễ dàng và an toàn hơn.

Khai thác mỏ

Các công ty khai thác mỏ có thể đo không gian khai thác quặng tại mỏ của họ. Bằng cách tính toán dữ liệu bề mặt và so sánh các phép đo hiện tại với các phép đo trong quá khứ, những người khai thác có thể xác định tiến độ công việc của họ. Máy bay không người lái cung cấp tùy chọn tiết kiệm hơn so với khảo sát trên máy bay, đồng thời an toàn và hiệu quả hơn so với quét trên mặt đất.