LiDAR là gì? LiDAR hoạt động như thế nào?

Nguyên tắc hoạt động của LiDAR dựa trên các phát xạ xung laser, ghi lại thông tin tín hiệu phản xạ lại, đo khoảng cách, vị trí và độ cao của máy bay, sau đó, tính toán chính xác vị trí của tín hiệu phản xạ.

LiDAR là gì?

LiDAR viết tắt từ cụm từ Light Detection and Ranging là một công nghệ viễn thám chủ động dựa trên cảm biến laser. Nguyên lý hoạt động cơ bản của LiDAR có thể hiểu đơn giản như sau: Phát một chùm tia laser tới một bề mặt và đo khoảng thời gian phản xạ lại của laser. Công nghệ này được sử dụng nhiều trong các ngành Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng một mô hình số độ cao (DEM) hoặc mô hình số địa hình (DTM) để lập bản đồ 3D.

Hình 1. Minh họa công nghệ viễn thám bị động và viễn thám chủ động.

Nguyên tắc hoạt động của LiDAR

Phát xạ xung laser.
Ghi lại thông tin tín hiệu phản xạ lại.
Đo khoảng cách (Thời gian phản xạ x tốc độ).
Vị trí và độ cao của máy bay.
Tính toán chính xác vị trí của tín hiệu phản xạ.

Hình 2. Nguyên tắc đo khoảng cách bằng LiDAR.

Giải pháp LiDAR gắn trên Drone

Giải pháp LiDAR gắn trên Drone phù hợp với những nhu cầu đo đạc, khảo sát như:

Các khu vực địa hình nhỏ, có thể bay an toàn (< 10 km2 hoặc địa hình dạng tuyến khoảng100 km).
Thành lập bản đồ dưới lớp phủ thảm thực vật.
Những vùng khó tiếp cận bằng phương pháp đo đạc truyền thống.
Dữ liệu cần được cập nhật mới hoặc cập nhật thường xuyên.
Phạm vi độ chính xác cần thiết từ 2,5 đến 10 cm.

LiDAR hoạt động như thế nào?

Light Detection and Ranging (LiDAR) là một công nghệ tương tự như radar, sử dụng laser thay vì sóng vô tuyến. Nguyên tắc LiDAR khá dễ hiểu:

Cảm biển sẽ phát ra một xung laser tới bề mặt.
Một cảm biến sẽ thu nhận thông tín hiệu phản xạ trở lại nguồn xung.
Sau đó cảm biến sẽ đo khoảng thời gian laser phản xạ lại.
Cách tính toán khoảng cách với công thức "Khoảng cách = (Tốc độ phát đi x Thời gian đi được) / 2.

Quá trình này sẽ được lặp lại hàng triệu lần bởi cảm biến LiDAR, thu được dữ liệu lên đến hàng triệu điểm và cuối cùng sẽ biểu diễn thông tin khu vực được khảo sát dưới định dạng là đám mây điểm 3D – Point Cloud.

Một hệ thống LiDAR bao gồm những gì?

Một hệ thống LiDAR tích hợp bao gồm 3 thành phần chính và có thể được sử dụng để gắn trên xe ô tô, máy bay hoặc UAV:

1. Laser Scanner

LiDAR phát đi một hệ thống xung laser, có thể gắn trên các hệ thống di động khác nhau (ô tô, máy bay, máy bay không người lái ...) thông qua không khí và len lỏi qua thảm thực vật (laser trên không) và thậm chí cả nước (bathymetric Laser). Cảm biến sẽ ghi nhận thông tin tín hiệu phản hồi lại, đo khoảng cách và góc quét. Tốc độ quét sẽ ảnh hưởng tới số lượng điểm và tín hiệu phản hồi trở lại hệ thống.

2. Hệ thống định vị và điều hướng (GNSS – IMU)

Dù cảm biến LiDAR có thể được gắn trên máy bay, ô tô hoặc UAS (hệ thống máy bay không người lái), việc cốt lõi là phải xác định vị trí và hướng tuyệt đối của cảm biến để đảm bảo dữ liệu thu được là dữ liệu có thể sử dụng được. Hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) cung cấp thông tin địa lý chính xác về vị trí của cảm biến (vĩ độ, kinh độ, chiều cao) và bộ đo quán tính (IMU) xác định hướng chính xác của cảm biến tại vị trí này (gia tốc và góc xoay trong không gian). Dữ liệu được ghi lại bởi 2 cảm biến này sau đó được sử dụng để tạo cơ sở dữ liệu các điểm chuẩn: cơ sở của dữ liệu đám mây điểm 3D.

3. Công nghệ tính toán

Để có thể sử dụng được dữ liệu từ LiDAR: cần phải tính toán tổng hợp tất cả các dữ liệu đầu vào để có thể xác định vị trí các tín hiệu một cách chính xác.

Hình 3. Minh họa các thành phần của một hệ thống LiDAR trên không.

Đánh giá thông số kỹ thuật của LiDAR phù hợp với nhu cầu của dự án của bạn

Laser Scanner: Các thông số cần quan tâm như accuracy, precision, mật độ điểm tạo ra từ cảm biến, phạm vi quét, độ rộng vùng quét.
GNSS: Trạm tham chiếu GNSS mặt đất có tương thích với hệ thống, các điểm khống chế mặt đất (GCP).
Pin: Nguồn Pin có đáp ứng đủ để bao quát hết phạm vi dự án.
Lắp đặt: Hệ thống LiDAR có thể dễ dàng gắn trên nền tảng trên không (máy bay, máy bay không người lái) hoặc nền tảng ô tô (xe hơi) bạn sử dụng hay không?
Data File: Định dạng dữ liệu đầu ra cần là gì?
Hậu xử lý dữ liệu: Đánh giá việc cung cấp dữ liệu đầu ra tốt nhất cho khách hàng, dữ liệu PointCloud đã được phân lớp, Màu sắc, mô hình DTM, DEM, DSM.

Các ứng dụng chính của LiDAR trong các ngành hiện nay

Ngành điện: Khảo sát tuyến đường dây truyền tải điện để đánh giá mức độ võng, phát hiện những địa vật lấn chiếm hành lang đường điện, kiểm tra cột truyền tải điện,…
Đo đạc khảo sát: Thành lập mô hình số địa hình (DTM), mô hình số bề mặt (DSM), mô hình số độ cao (DEM), bình đồ ảnh trực giao (Otrthophoto),..
Khai thác mỏ: Tính toán khối lượng, mô hình hóa bề mặt, tối ưu hóa quá trình khai thác
Xây dựng dân dụng: Lập bản đồ san lấp mặt bằng, lập kế hoạch và tối ưu hóa cơ sở hạ tầng (đường bộ, đường sắt, cầu, đường ống, sân golf) hoặc cải tạo sau thiên tai, khảo sát xói mòn bãi biển để xây dựng kế hoạch ứng phó.
Lâm nghiệp: Lập bản đồ rừng để tối ưu hóa các hoạt động quản lý hoặc giúp đếm cây, tính toán khối lượng, sản lượng rừng.
Nghiên cứu môi trường: Đánh giá tốc độ tăng trưởng, sự lây lan dịch bệnh.

Liên hệ đến hotline 0903 825 125 để được tư vấn chi tiết về Giải pháp LiDAR và hoàn toàn miễn phí.

Nguồn bài viết: XEM TẠI ĐÂY.

>>> Xem thêm: LIDAR VÀ XU THẾ TƯƠNG LAI

Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ: