Quét laser trên UAV đắt gấp nhiều lần phương án ảnh. Nó chỉ đáng khi có bài toán mà ảnh không giải được, và có một số bài toán như vậy.
Nguyên lý và khác biệt với ảnh
Quét laser đo khoảng cách trực tiếp. Bắn tia, đo thời gian phản hồi. Mỗi tia cho một điểm ba chiều.
Phương pháp ảnh suy ra chiều sâu. Từ nhiều ảnh chụp ở các vị trí khác nhau. Cần bề mặt có đặc trưng để khớp.
Hệ quả một. Quét laser hoạt động trên bề mặt không có đặc trưng — cát, tuyết, mặt phẳng đồng màu. Ảnh thì không.
Hệ quả hai. Quét laser hoạt động trong ánh sáng yếu và ban đêm. Ảnh cần ánh sáng.
Hệ quả ba — quan trọng nhất. Tia laser lọt qua khe hở giữa lá và chạm mặt đất dưới tán cây. Ảnh chỉ thấy tán.
Nhiều lần phản hồi. Một tia có thể cho nhiều điểm — trên tán, giữa tán, và mặt đất. Cho phép tách lớp thực vật khỏi địa hình.
Ảnh vẫn có ưu thế. Cho màu sắc và kết cấu, cho ảnh trực giao dùng được, và rẻ hơn nhiều.
Kết hợp cả hai. Nhiều hệ thống mang cả quét laser và camera. Được hình học chính xác cộng màu sắc.
Ứng dụng chính
Mô hình địa hình dưới tán rừng. Ứng dụng quan trọng nhất và không thay thế được. Cho địa hình thật dưới rừng rậm.
Lâm nghiệp. Đo chiều cao cây, mật độ tán, ước lượng sinh khối, đếm cây.
Khảo sát tuyến. Đường dây điện, đường ống, đường giao thông qua vùng cây cối.
Đo khoảng cách dây tới cây. Cho ngành điện. Xác định chỗ cần phát quang.
Khảo sát địa hình phức tạp. Vách đá, hẻm núi, nơi ảnh khó ghép.
Mô hình công trình. Kết cấu phức tạp, đường ống nhà máy.
Khảo sát ban đêm. Khi không thể bay ban ngày.
Điểm chung. Các ứng dụng này đều có yếu tố mà ảnh không xử lý được — thực vật che khuất, thiếu đặc trưng, hoặc thiếu sáng.
Thông số cần hiểu
Tần suất phát tia. Số điểm mỗi giây. Quyết định mật độ điểm đạt được ở tốc độ bay nhất định.
Mật độ điểm. Số điểm trên mỗi mét vuông. Thông số quan trọng nhất về chất lượng. Phụ thuộc tần suất phát, độ cao và tốc độ bay.
Độ chính xác. Sai số của từng điểm. Nhưng độ chính xác cuối cùng phụ thuộc nhiều vào hệ định vị của máy bay.
Hệ định vị quán tính. Bắt buộc và là phần đắt. Nó xác định vị trí và hướng của cảm biến tại từng thời điểm phát tia. Sai số ở đây chuyển thẳng vào đám mây điểm.
Số lần phản hồi ghi được. Nhiều hơn thì tách lớp thực vật tốt hơn.
Tầm hoạt động. Độ cao bay tối đa còn nhận được phản hồi tin cậy.
Góc quét. Rộng thì phủ nhiều mỗi đường bay nhưng điểm ở rìa kém chính xác hơn.
Khối lượng. Hệ thống hoàn chỉnh gồm cảm biến, hệ định vị và bộ ghi. Thường nặng, đòi hỏi máy bay lớn.
Vận hành và xử lý
Cần trạm tham chiếu. Cho hệ định vị chính xác cao. Đặt tại hiện trường hoặc dùng mạng trạm.
Khởi động hệ định vị quán tính. Cần thời gian đứng yên và thường cần bay một số động tác để hiệu chỉnh. Không bỏ qua được.
Bay chồng lấn. Giữa các đường bay. Vùng chồng cho phép kiểm tra và hiệu chỉnh sai lệch giữa các dải.
Bay hai hướng. Một số quy trình yêu cầu bay lại theo hướng vuông góc để kiểm và hiệu chỉnh.
Xử lý sau chuyến bay. Kết hợp dữ liệu quét với dữ liệu vị trí đã hiệu chỉnh để tạo đám mây điểm.
Hiệu chỉnh giữa các dải. Bước quan trọng. Sai lệch giữa các đường bay phải được loại bỏ.
Phân loại điểm. Tách mặt đất, thực vật, công trình. Bán tự động, cần kiểm và sửa tay.
Kiểm chất lượng. Bằng điểm kiểm tra đo bằng trắc địa và bằng kiểm độ khớp giữa các dải.
Quyết định đầu tư
Chi phí rất cao. Hệ thống hoàn chỉnh cộng máy bay đủ mạnh cộng phần mềm xử lý.
Cần khối lượng việc lớn. Để hoàn vốn. Vài dự án mỗi năm thì không đủ.
Cần kỹ năng. Vận hành và xử lý quét laser phức tạp hơn ảnh nhiều. Cần đầu tư đào tạo.
Thuê dịch vụ. Với dự án đơn lẻ. Có đơn vị chuyên cung cấp.
Hợp tác. Nhận việc rồi thuê lại phần quét laser. Giữ được khách hàng mà không đầu tư.
Kiểm xem ảnh có đủ không. Trước khi kết luận cần quét laser. Nhiều dự án dùng ảnh là đủ và rẻ hơn nhiều.
Trường hợp bắt buộc. Địa hình dưới tán rừng rậm. Đây là chỗ ảnh thực sự không làm được và quét laser là lựa chọn duy nhất.
Xu hướng. Giá thiết bị giảm dần theo thời gian. Chờ thêm có thể hợp lý nếu nhu cầu chưa cấp thiết.
Câu hỏi thường gặp
Ưu thế quan trọng nhất của quét laser so với ảnh là gì?
Tia laser lọt qua khe hở giữa lá và chạm mặt đất dưới tán cây, cho phép tạo mô hình địa hình dưới rừng rậm — điều mà ảnh không làm được.
Thông số nào quan trọng nhất về chất lượng?
Mật độ điểm trên mỗi mét vuông, phụ thuộc tần suất phát tia, độ cao và tốc độ bay. Kèm theo đó là chất lượng của hệ định vị quán tính.
Vì sao hệ định vị quán tính lại quan trọng?
Vì nó xác định vị trí và hướng của cảm biến tại từng thời điểm phát tia, và sai số ở đó chuyển thẳng vào toạ độ của từng điểm trong đám mây.
Khi nào quét laser là lựa chọn duy nhất?
Khi cần mô hình địa hình dưới tán rừng rậm. Với hầu hết bài toán khác, phương pháp ảnh là đủ và rẻ hơn nhiều lần.
Đọc thêm trong UAV khảo sát & lập bản đồ và Vận hành & an toàn.
