Antero Kukko, Harri Kaartinen và Juho-Pekka Virtanen

ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn

Trong thập kỷ vừa qua các hệ thống máy quét laser 3D (3D Laser Scanning Systems) đã trải qua những bước phát triển quan trọng. Ngay sau bước khởi động đột phá của các hệ thống máy quét laser trên máy bay ALS (Airborne Laser Scanners), là sự xuất hiện của hàng loạt các hệ thống máy quét laser mang tính tiện ích đặc thù khác, trong đó hai hệ thống đáng được lưu ý nhất gồm máy quét laser mặt đất TLS (Terrestrial Laser Scanners) và máy quét laser di động MLS (Mobile Laser Scanners)

Thực tiễn đến thời điểm hiện tại, trong khi ba hệ thống máy quét laser 3D bao gồm ALS, TLS và MLS đang phục vụ cho rất nhiều ứng dụng, nhưng thị trường lại chưa có bất kỳ giải pháp quét laser 3D nào được tối ưu hóa để có thể triển khai nhanh công tác quét thu thập số liệu ở các khu vực có địa hình phức tạp, điều kiện triển khai khó khăn, hay trong các khu vực đô thị tạo bởi nhiều cấu trúc khác nhau. Giải pháp hệ thống máy quét cá nhân PLS (Personal Laser Scanners) có khả năng sẽ trở thành giải pháp đáp ứng cho mảng trống này và PLS đang dần trở thành các hệ thống hoàn chỉnh bởi sự ra đời của các loại máy quét nhỏ gọn, tốc độ cao, đa dạng cấu hình và đặc biệt là tính linh hoạt đủ để triển khai nhiệm vụ thu thập số liệu trong bất kỳ điều kiện thực địa nào. Trong khuôn khổ tài liệu này chúng ta sẽ cùng xem xét một hệ thống PLS điển hình với tên gọi Akhka R2 cùng các lĩnh vực ứng dụng điển hình mà PLS R2 có khả năng triển khai.

Rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn đòi hỏi phải có số liệu dạng 3D đối với không chỉ các đối tượng chính mà còn tất cả không gian xung quanh các đối tượng chính này. Những ví dụ điển hình dễ dàng tìm thấy trong lĩnh vực kiến trúc xây dựng và nhà máy, xây dựng công trình giao thông, quy hoạch đô thị, khảo sát hiện trạng hay duy tu các công trình và tiện ích đô thị, phân tích môi trường, điều tra và quy hoạch lâm nghiệp chính xác. Kỹ thuật quét laser 3D đã được sử dụng một cách rộng rãi trong những năm qua phục vụ cho nhiệm vụ quét các đối tượng hay lập bản đồ khu vực dưới dạng các mô hình 3D nhằm phục vụ tốt nhất cho các ứng dụng nêu trên.

Cả ba giải pháp quét laser 3D gồm ALS, TLS và MLS hiện đang phục vụ trong hầu hết các ứng dụng thực tiễn, đáp ứng được các yêu cầu thực tiễn, mỗi giải pháp có những điểm mạnh và điểm hạn chế riêng. Tuy nhiên, thực tiễn vẫn tồn tại nhiều ứng dụng hoặc điều kiện môi trường triển khai mà cả ba giải pháp ALS, TLS và MLS không thể triển khai được. Ví dụ các hệ thống MLS không thể vượt qua được hào sâu hay bờ tường ngăn, TLS có thể phù hợp cho các ứng dụng quét địa hình trên diện rộng, nhưng lại gặp rất nhiều khó khăn ở các khu vực mà tầm quan sát bị hạn chế hoặc các khu vực rời rạc khó có thể thực hiện việc nắn ghép trong quá trình xử lý số liệu. Chính từ đó đã nảy sinh nhu cầu thu thập số liệu và mô hình hóa hoặc giám sát các đối tượng ở những môi trường khó khăn, phức tạp đối với các giải pháp quét 3D hiện tại. Đó cũng chính là lý do trên thị trường bắt đầu xuất hiện các công cụ thu thập số liệu 3D dưới dạng đơn giản hoặc dưới dạng một hệ thống PLS hoàn chỉnh để có thể giải quyết khoảng trống nhu cầu này.

PHIÊN BẢN AKHKA Ý TƯỞNG NẶNG NỀ

Nhu cầu của một hệ thống MLS có khả năng triển khai nhanh chóng phục vụ cho mục đích thành lập các bản đồ địa mạo ở những khu vực đặc biệt chính là động lực ẩn sau chương trình phát triển một hệ thống quét laser 3D di động với tên gọi AKHKA bởi các chuyên gia Phần Lan. Akhka chính là hệ thống quét laser 3D cá nhân PLS (Personal Laser Scanners) đầu tiên được thiết kế, về cơ bản Akhka PLS được thiết kế với các chức năng thu thập số liệu thực địa giống với MLS dựa trên các hợp phần thiết bị tương tự với MLS. Phiên bản Akhka PLS ý tưởng đầu tiên được thiết kế và chế tạo vào đầu năm 2011, hệ thống này đã được triển khai tại vùng cực bắc của Phần Lan để thành lập các bản đồ bãi bồi bờ sông và sự đóng băng theo thời gian ở khu vực này. Bản Akhka PLS ý tưởng chính là tiền đề quan trọng chứng minh tính hiện thực của một hệ thống PLS hoàn chỉnh, đây cũng là điểm khởi đầu quan trọng cho các bước nâng cấp hệ thống sau này. Một trong những điểm hết sức quan trọng làm cản trở tính thực tiễn của hệ thống PLS chính là trọng lượng, trọng lượng quá nặng của hệ thống làm cho người vận hành không thể mang vác trên vai trong một thời gian dài. Thực tiễn cho thấy hệ thống cần được cải thiện về mặt trọng lượng để đảm bảo mỗi phiên làm việc nằm trong khoảng thời gian từ 2 đến 3 giờ liên tục trong mọi điều kiện thực địa, kể cả các khu vực địa hình phức tạp hay cát lún.

PHIÊN BẢN AKHKA SỬA ĐỔI

Hiện nay Akhka đã tới phiên bản 2 (Akhka PLS R2) với trọng lượng nhẹ hơn rất nhiều cùng với đó là giải pháp xác định và ghi nhận tuyến di chuyển trên thực địa tiên tiến bằng sự hỗ trợ của thiết bị thu nhận tín hiệu định vị vệ tinh GNSS đa trùm vệ tinh, thiết bị định hướng trong IMU (Inertial Measurement Unit), con quay hồi chuyển sợi quang FOG (Fibre Optic Gyroscope).

Ở cấu hình cơ bản, hệ thống Akhka R2 sử dụng máy quét laser FARO Focus3D 120S có độ dài bước sóng hoạt động 905 nano mét. Máy quét laser FARO trong hệ thống được xác lập cấu hình ở chế độ quét theo mặt cắt ngang, ngay sau lưng và trên cao khỏi đầu người vận chuyển. Trong Hình 1, ăng ten thu tín hiệu GNSS (đĩa màu trắng) được đặt ở vị trí cao nhất và thiết bị định hướng trong IMU được đặt ở phía dưới máy quét. Một máy tính siêu bền Panasonic Toughbook được sử dụng để ghi nhận số liệu vị trí và thời gian, số liệu quét laser lưu trữ trên thẻ nhớ SD gắn trọng máy quét. Bảng 1 liệt kê các hợp phần cơ bản cấu thành hệ thống PLS Akhka R2.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn