Số 03/2017: Hiện trạng ứng dụng kỹ thuật quét Laser 3D trên nền tảng thiết bị bay không người lái

Image Content

Tổng quan thị trường và thông tin cập nhật

GIM International, ANTHI dịch và biên soạn

Kỹ thuật quét laser trên máy bay có người lái ALS (Airborne Laser Scanning) mang lại cho chúng ta những cơ hội mới trong thu thập số liệu thực địa phục vụ cho các ứng dụng truyền thống như thành lập bản đồ, theo dõi và đánh giá biến động, giám sát … Tuy nhiên một trong những trở lực lớn nhất của ALS chính là chi phí giá thành vì vậy có khá nhiều lĩnh vực ứng dụng thực tiễn không đủ điều kiện chi trả để có thể thử nghiệm và áp dụng kỹ thuật cao cấp nhưng đầy tính hiệu quả này. Sự xuất hiện của các hệ thống thiết bị bay không người lái UAV đã mang đến một cơ hội mới đầy triển vọng để hiện thực hóa khả năng triển khai rộng rãi kỹ thuật quét laser 3D phục vụ cho nhiều ứng dụng với giá thành hợp lý hơn rất nhiều. Thực tiễn cho thấy bằng sự kết hợp giữa kỹ thuật quét laser 3D (hoặc tên gọi khác LiDAR) trên nền tảng thiết bị bay không người lái UAV đã mở ra cánh cửa tươi sáng hơn cho rất nhiều ứng dụng thực tế. Vậy đâu là sự khác biệt giữa hai nền tảng phổ biến của các thiết bị bay UAV ở thời điểm hiện tại đó là các loại UAV cánh cố định và UAV lên thẳng và hiện trạng của việc ứng dụng kỹ thuật quét laser 3D trên nền tảng UAV đang được đánh giá như thế nào? Trân trọng kính mời Quý Độc giả đón đọc Bản tin Công nghệ Số 3 năm 2017.

Thực tiễn việc sử dụng các thiết bị bay không người lái để lắp đặt máy quét laser 3D cũng là lĩnh vực mới được nghiên cứu và thử nghiệm ứng dụng. Năm 2006 được coi là thời điểm đầu tiên triển khai ứng dụng thiết bị UAV điều khiển từ xa phục vụ cho thu thập số liệu thành lập bản đồ địa hình. Các ứng dụng kết hợp UAV với máy quét laser đã được nghiên cứu và thử nghiệm thực tiễn qua gần một thập kỷ với rất nhiều luận điểm của các nhà khoa học liên qua với khả năng triển khai rộng rãi kỹ thuật này trong tất cả các ứng dụng thực tiễn liên quan.

SO SÁNH HAI NỀN TẢNG UAVTổng thể thì tất cả các chủng loại thiết bị bay không người lái được phân thành hai dạng chính: Thứ nhất loại UAV có cánh cứng cố định và thứ hai là UAV lên thẳng. Mỗi loại UAV lại phù hợp cho một lĩnh vực ứng dụng cụ thể trong thực tiễn.

Đối với các thiết bị bay UAV cánh cố định điểm nổi bật là khả năng hoạt động trên không lâu hơn, tải trọng lớn hơn và tiêu tốn điện năng ít hơn so với các thiết bị bay UAV lên thẳng. Chính nhờ tốc độ bay nhanh hơn mà UAV cánh cố định có khả năng thu số liệu ở các khu vực rộng lớn trong thời gian ngắn, hơn nữa độ ổn định của các thiết bị bay cánh cố định cũng tốt hơn so với UAV lên thẳng. Tuy nhiên UAV cánh có đọ định hỏi phải có đường băng để cất hạ cánh (trừ loại phóng hoặc bay thả), cần không gian rộng để xoay trở, theo đó cũng khó khăn khi phải triển khai ở các khu vực xa trong thời gian ngắn mà lại bị hạn chế về khu vực cất hạ cánh.

Đối với các thiết bị bay UAV lên thẳng lại có những điểm mạnh phù hợp với nhiều ứng dụng trong thực tiễn, UAV lên thẳng không đòi hỏi phải có khu vực cất hạ cánh riêng mà có thể triển khai tại bất kỳ đâu. Với khả năng điều khiển đơn giản và tốc độ bay chậm, người sử dụng có thể hướng UAV này vào bất kỳ vị trí nào mà mình quan tâm, thậm chí còn có khả năng “treo” thiết bị bay tại một điểm cố định, những khu vực có địa hình phức tạp, đa dạng các đối tượng lại là những khu vực rất phù hợp với UAV lên thẳng. Thực tiễn tới thời điểm hiện tại, chúng ta cũng rất dễ nhận ra rằng các hệ thống máy quét laser 3D được lắp đặt trên thiết bị bay UAV lên thẳng chiếm tỷ lệ cao hơn rất nhiều so với lắp trên UAV cánh cố định.

Xét trên phương diện thu thập số liệu, rõ ràng thiết bị bay nào có tốc độ nhanh hơn cũng đồng nghĩa với việc số liệu thu được nhanh hơn. Tuy nhiên đối với thiết bị bay nhanh hơn như UAV cánh cố định bắt buộc phải trang vị các cảm biến có tốc độ thu số liệu nhanh hơn và đương nhiên như vậy chi phí cũng cao hơn rất nhiều so với các cảm biến quét laser 3D thông thường khác, được thiết kế để trang bị cho các thiết bị bay UAV lên thẳng. Đương nhiên khi chi phí tăng cao thì việc ứng dụng UAV tích hợp thiết bị quét laser 3D lại không mang nhiều tính thực tiễn nữa.

CÁC HỆ THỐNG CHUYÊN NGHIỆP Một trong số những nhà sản xuất có khả năng độc lập tạo ra toàn bộ giải pháp UAV gắn thiết bị quét laser 3D trên thế giới đó chính là RIEGL. Không chỉ nổi tiếng với khả năng tạo ra các cảm biến laser có tốc độ và độ chính xác cực cao (đạt mức yêu cầu của đo đạc chứ không phải là bản đồ như các nhà sản xuất khác), trường quan sát rộng như MiniVUX-1UAV, RIEGL còn có khả năng thiết kế chế tạo thiết bị bay không người lái hoàn chỉnh và đặc biệt cao cấp như thiết bị bay không người lái lên thẳng UAV RiCOPTER. Có thể nói các cảm biến laser 3D của RIEGL luôn là các cảm biến ở cấp cao với giá thành không hề rẻ, tuy nhiên nếu cần tìm kiếm những giải pháp mang tính chuyên nghiệp thì RIEGL

Bên cạnh đó vẫn có một số hãng sản xuất các cảm biến laser 3D chuyên nghiệp phù hợp với các thiết bị bay không người lái ví dụ như SICK, Ibeo, Hokuyo …Điểm ưu lớn nhất của các hãng này là giá thành thấp, kích thước nhỏ và độ bền ở mức chấp nhận được theo đó việc đầu tư và tích hợp vào các thiết bị bay không người lái có thể triển khai một cách nhanh chóng. Tuy nhiên điểm bất lợi của các dạng cảm biến giá thành thấp là tốc độ thu số liệu không cao, kỹ thuật xử lý tín hiệu laser hạn chế vì vậy độ chính xác cũng chỉ ở mức tương đối và quan trọng nữa là khoảng cách công tác chỉ nằm trong giới hạn vài chục mét thay vì hàng trăm mét như các hệ thống cao cấp của RIEGL hay Velodyne.

Sau gần một thập kỷ phát triển tới thời điểm hiện tại thị trường cũng đã định hình chủng loại máy quét laser 3D với các chỉ tiêu kỹ thuật chi tiết dành riêng để lắp đặt trên các thiết bị bay không người lái để đảm bảo tính chuyên nghiệp của từng giải pháp và thực tiễn cũng cho chúng ta thấy giá thành của các cảm biến laser 3D chuyên dụng cho UAV không hề rẻ nhưng đổi lại chúng có khả năng thực hiện được rất nhiều nhiệm vụ khác nhau khi được đặt lên một thiết bị bay UAV phù hợp ví dụ như máy quét laser 3D VQ-480-U, VUX-1, NimiVUX … luôn đảm bảo trần bay ở mức 500 – 1.500 mét, tốc độ ghi số liệu tối thiểu 500.000 điểm mỗi giây và trường quan sát có thể lên tới 360 độ. Tuy nhiên việc lựa chọn đầu tư vào giải pháp này cần được cân nhắc dựa trên nhiều yếu tố khác nữa.

Kính mời Quý Độc giả quan tâm đón đọc Bản tin Công nghệ Số 4 năm 2017 với chủ đề mà hầu hết chúng ta đều đã biết  “Những thông tin cập nhật mới nhất liên quan tới các hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS”

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