Lidar là gì? Nguyên lý hoạt động của công nghệ lidar như thế nào?

Lidar là công nghệ được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực trong đó có khảo sát, đo đạc và tạo bản đồ độ phân giải cao. Trong tương lai, công nghệ Lidar sẽ hỗ trợ rất nhiều trong lĩnh vực trắc địa, công tác đo đạc. Để hiểu rõ hơn về Lidar, mời bạn cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây của Việt Thanh Group nhé!

Lidar là gì?

Khái niệm: LiDAR – từ viết tắt của Light Detection and Ranging, đây là công nghệ viễn thám dựa trên cảm biến laser để đo khoảng cách tới mục tiêu cụ thể. Công nghệ Lidar được ứng dụng phổ biến trong Hệ thống thông tin địa lý (GIS) nhằm mục đích xây dựng mô hình số độ cao (DEM) hoặc mô hình số địa hình (DTM) để hỗ trợ lập bản đồ 3D.

Công nghệ Lidar xuất hiện vào những năm 1960 khi máy quét laser được gắn vào máy bay. Tuy nhiên tại thời điểm này, LiDAR vẫn chưa phổ biến, mãi cho đến  khi GPS ra đời, Lidar mới trở thành một phương pháp được sử dụng rộng rãi để tính toán các phép đo không gian địa lý một cách chính xác.

Cấu tạo của hệ thống Lidar:

• Đầu gửi: Đây là thiết bị gửi tia laser ra, thiết bị này có thể quay hoặc không quay để gửi tia laser tại nhiều góc khác nhau.
• Đầu nhận: Đây là thiết bị ghi lại thời gian để tia laser trở lại sau khi chịu tác động của môi trường.
• Tia laser: Đây là bộ phận nguồn sáng đầu ra cho hệ thống Lidar (một hoặc nhiều tia laser khác nhau).
• Bộ xử lý: Bộ xử lý là phần cứng hoặc phần mềm với nhiệm vụ tính toán khoảng cách từ thiết bị đến mục tiêu dựa trên thời gian đo được bởi đầu nhận.
• Thiết bị lưu trữ: Đây là nơi lưu trữ dữ liệu đo được bởi hệ thống Lidar.
• Phần mềm xử lý: Phần mềm này với nhiệm vụ là để xử lý dữ liệu đo được và tạo ra bản đồ 3D.
• Thiết bị điều khiển: Thiết bị điều khiển là phần mềm hoặc phần cứng.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ Lidar

Nguyên lý hoạt động của Lidar có thể hiểu đơn giản như sau: Phát một chùm tia laser tới một đối tượng mục tiêu và bộ đọc laser sẽ có nhiệm vụ đo khoảng thời gian phản xạ lại của laser và đồng thời tính toán vị trí của đối tượng. Sau khi quét xong, dữ liệu thu được sẽ lưu trong bộ nhớ để sử dụng sau này. Ngoài ra, công nghệ Lidar giúp thu thập dữ liệu về địa hình. Khi quét lidar tia laser được gửi đi, tia laser này sẽ phản xạ lại từ các đối tượng trên mặt. Lúc này bộ đọc laser sẽ đo và tính toán chiều cao của đối tượng.

Ngoài ra, công nghệ quét Lidar còn được sử dụng với mục đích thu thập dữ liệu về các đối tượng khác nhau trong môi trường. Ví dụ như: dữ liệu về đối tượng cây, cỏ, động vật…

Ứng dụng của công nghệ Lidar trong lĩnh vực trắc địa 

Công nghệ Lidar được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực trắc địa, cụ thể:

• Đo lường và phân tích không gian: Công nghệ Lidar được ứng dụng trong thiết bị bay chụp sử dụng một bộ quét laser để thu thập dữ liệu về một khu vực hoặc đối tượng cụ thể. Quét Lidar được sử dụng nhằm xây dựng bản đồ 3D, đo chiều cao, diện tích, hình dạng và độ sâu của một khu vực bất kỳ.
• Xây dựng bản đồ 3D của một khu vực: Bản đồ 3D được chụp qua công nghệ Lidar có thể được sử dụng để phân tích không gian, đánh giá hiện trạng môi trường, định vị và đo lường các đối tượng trong một khu vực cụ thể. Ngoài ra, công nghệ quét Lidar cũng có thể được sử dụng nhằm đo lường chiều cao của các đối tượng trong một khu vực, đo lường diện tích của một khu vực, đo lường hình dạng của một khu vực và đo lường độ sâu của một khu vực.
• Phân tích không gian: Công nghệ quét Lidar có thể được sử dụng để phân tích các đối tượng trong một khu vực, định vị, đánh giá và đo lường các đối tượng trong một khu vực.

Mời bạn tham khảo: Khảo sát địa hình bằng Flycam

Lợi ích của việc ứng dụng công nghệ Lidar trong lĩnh vực trắc địa 

Công nghệ quét Lidar được ứng dụng rộng rãi trong công tác đo đạc bởi công nghệ này mang lại nhiều lợi ích như:

Tiết kiệm thời gian khảo sát nhưng vẫn đảm bảo chất lượng

Công nghệ quét lidar giúp người dùng có thể thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn các phương pháp truyền thống. Nó cũng có khả năng thu thập dữ liệu của mọi khu vực, kể cả những khu vực không thông thoáng, khó truy cập.

Thay vì thu thập dữ liệu của các đối tượng một cách riêng lẻ, công nghệ Lidar sẽ  thành lập một mô hình bản đồ 3D với đám mây điểm, sau đó được sử dụng để thu nhận tất cả các đối tượng như sông, núi, cây cối,…  trong môi trường. Điều này giúp loại bỏ vấn đề thường xảy ra khi sử dụng phương pháp truyền thống như sót đối tượng, đồng thời tăng độ tin cậy và đảm bảo được độ chính xác.

Tiết kiệm chi phí và giảm độ trễ dữ liệu

Quy trình quét một cách tự động hóa của công nghệ lidar giúp chu kỳ làm mới nhanh hơn, giảm độ trễ của dữ liệu và tiết kiệm được chi phí. Ví dụ: Sử dụng phần mềm xử lý hậu kỳ như Trimble Business Center, giúp tiết kiệm được thời gian, nhân công, tiền bạc và cho phép người dùng tập trung vào các khía cạnh khác. Ngoài ra, dữ liệu có thể được chuyển  đến người dùng cuối nhanh hơn và với chất lượng cao hơn.

Quy trình quét của công nghệ Lidar trong lĩnh vực trắc địa

Các bước thực hiện quét Lidar trong công tác đo đạc bao gồm:

• Bước 1: Chọn vị trí quét. Người thực hiện công tác đo đạc sẽ phải lựa chọn phù hợp để thu thập dữ liệu.
• Bước 2: Thiết lập thiết bị quét. Sau khi đã lựa chọn được vị trí quét, bước tiếp theo người thực hiện công tác đo đạc sẽ phải thiết lập thiết bị quét. Bao gồm việc cài đặt phần mềm và cấu hình của thiết bị.
• Bước 3: Quét. Sau khi thiết lập thiết bị xong, người thực hiện công tác đo đạc sẽ bắt đầu thực hiện quét. Quét sẽ bao gồm việc thu thập dữ liệu về địa hình, môi trường và các đối tượng cụ thể khác trong môi trường.
• Bước 4: Xử lý dữ liệu. Sau khi đã quét xong, người thực hiện công tác đo đạc sẽ phải xử lý dữ liệu đã thu thập được. Bao gồm  việc phân tích dữ liệu và xây dựng bản đồ 3D.
• Bước 5: Báo cáo kết quả. Cuối cùng, người thực hiện công tác đo đạc sẽ phải báo cáo kết quả của quá trình quét lidar. Báo cáo này bao gồm các thông tin về dữ liệu đã thu thập và các kết luận dựa trên thông tin thu được.

Xu hướng của công nghệ Lidar trong ngành trắc địa

Theo nhiều chuyên gia dự báo, công nghệ Lidar chắc chắn sẽ phát triển hơn nữa trong tương lai, đặc biệt là đối với ngành trắc địa.

Công nghệ LiDAR là một trong những công nghệ hiện đại vượt trội không chỉ được ứng dụng trong ngành trắc địa mà còn được ứng dụng phổ biến trong nghiên cứu, phát triển các thiết bị công nghệ mới. Trong tương lai, hệ thống  lidar được nghiên cứu để giảm kích thước và chi phí vận hành, hệ thống này chắc chắn sẽ được trang bị trên nhiều thiết bị trắc địa và máy bay chụp hơn.

Trong tương lai, công nghệ Lidar sẽ nhanh chóng đưa ngành trắc địa, đo đạc lên một tầm cao mới. Hiện tại, một số công ty ở Mỹ và Trung Quốc chuyên phát triển thiết bị bay chụp, khảo sát đã tiên phong đi đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ này ngày càng mạnh hơn.

Có thể thấy, công nghệ Lidar đã trở thành một phần quan trọng trong công tác đo đạc. Nhờ sự hỗ trợ của Lidar người dùng dễ dàng phân tích cũng như đo lường về môi trường xung quanh môt cách chính xác và hiệu quả hơn. Dự báo trong tương lai, công nghệ này sẽ còn phát triển mạnh mẽ hơn nữa.

Mời bạn tham khảo thiết bị trắc địa ứng dụng công nghệ quét Lidar: Máy bay khảo sát DJI Mavic 3 Enterprise Series