Số 41/2017: Kết hợp GPS-LIDAR với các mô hình 3D thành phố – Số 5

Image Content

Akshay Shetty và Grace Xingxin Gao - Nhóm kỹ thuật Công ty TNHH ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn   

Việc triển khai ứng dụng kỹ thuật kết hợp GPS-LiDAR được xem như một giải pháp hiệu quả trong việc mô hình hóa sai số trên nền tảng số liệu LiDAR dựa trên các đối tượng nằm trong đám mây điểm. Việc kết hợp này sử dụng mô hình ba chiều (3D) thành phố để xác định và loại bỏ các vệ tinh GPS không nằm trong tầm quan sát NLOS (Non-Line-Of-Sight) nhằm cải thiện độ chính xác phép định vị. Kỹ thuật này rất có triển vọng trong những nhiệm vụ ứng dụng máy bay không người lái như xây dựng mô hình 3D thành phố phục vụ quy hoạch, làm phim, đo đạc, nghiên cứu phương án cứu nạn tối ưu hay vận chuyển và giao hàng. Trong loạt Bản tin Công nghệ tháng 10/2017, chúng tôi sẽ giới thiệu tới Quý Độc giả toàn bộ những nghiên cứu mới nhất liên quan đến lĩnh vực này của hai nhà khoa học Akshay Shetty và Grace Xingxin Gao.

Hai nhà khoa học đã tiến hành quan sát khi đi qua khu vực hành lang, mô hình ellipsoid lớn hơn theo hướng song song với các cạnh của tòa nhà bởi thiếu đi sự phân bố của các đối tượng hỗ trợ. 

Hình 7. Các mô hình ellipsoid tổng thế sai số vị trí (màu đen) đối với hai đám mây điểm (màu xanh lá cây). Các nhà khoa học đã kết hợp các mô hình ellipsoid sai số từ các bề mặt độc lập (màu đỏ) và các điểm tạp đối tượng trên cạnh biên (màu xanh da trời).

MÔ HÌNH PHÉP ĐO GPS

Hai nhà khoa học sử dụng các phép đo chuỗi giả từ máy tnu GPS để tạo mô hình phép đo. Để loại bỏ sai số ngẫu nhiên, các phép đo chuỗi giả hiệu chỉnh hai lần được lựa chọn sử dụng, theo đó các phép tính được thực hiện bởi việc so sánh sự khác biệt trong các phép đo chuỗi giả giữa hai vệ tinh và giữa hai máy thu khác nhau. Trước khi xử lý để sử dụng được các phép đo chuỗi giả, các nhà khoa học cũng tiến hành kiểm tra xem có bất kỳ vệ tinh nào được phát hiện ra bởi máy thu có các tín hiệu NLOS. Sau đó tiếp tục sử dụng mô hình 3D thành phố đã đề cập trong phần trước để tìm kiếm xác định các vệ tinh NLOS. Ngoài ra các nhà khoa học cũng sử dụng thông tin vị trí được tổng hợp và trích xuất bởi mô hình 3D thành phố được gắn kết đổ xác định máy thu trực tiếp trên mô hình 3D thành phố.

Bước tiếp theo là thực hiện việc vẽ lên các vector LOS từ máy thu tới từng vệ tinh mà máy thu đã phát hiện ra và loại bỏ những vệ tinh khác không tương ứng với các vector LOS giao cắt với mô hình 3D thành phố. Hình 8 thể hiện thể hiện rõ các bước khai triển đã phân tích ở trên trong khu vực đô thị với nhiều công trình cao tầng.

Sau khi loại bỏ được các vệ tinh NLOS, các nhà khoa học lựa chọn các vệ tinh có khả năng quan sát được bởi các máy thu (máy thu di động người sử dụng và các máy thu trạm tham chiếu cố định) để tạo ra các vector phép đo chuỗi ra hiệu chỉnh phân sai kép đi kèm với sai số của chúng. Các nhà khoa học cũng giả sử rằng mỗi phép đo chuỗi giả là độc lập hoàn toàn, và biến thiên sai số của mỗi phép đo là hàm của giá trị NSR tương ứng.

Figure 8. Loại bỏ các tín hiệu từ vệ tinh NLOS. Các vector LOS được vẽ tới tất cả các vệ tinh mang số hiệu: SV3, SV14, SV16, SV22, SV23, SV26, SV31. Các vector LOS tới các vệ tinh SV23 và SV31 giao cắt (màu đỏ) với mô hình 3D thành phố và cũng được loại bỏ trong những tính toán tiếp theo.

TÍCH HỢP GPS-LiDAR

Bổ sung vào việc sử dụng số liệu LiDAR và máy thu GPS, các nhà khoa học tiếp tục sử dụng thiết bị định hướng trong IMU tích hợp trên thiết bị bay không người lái UAV. Hình 9 thể hiện thiết kế tổng thể của UAV cung cấp số liệu LiDAR. Thiết bị bay UAV được thiết kế và sử dụng bởi nhóm nghiên cứu. Để đảm bảo khả năng thực hiện các phép đo chuỗi giả kép GPS, các nhà khoa học đã sử dụng máy thu trạm tham chiếu nằm trong khu vực có bán kính 1 Km quanh các khu vực thu thập số liệu, đồng thời sử dụng mô hình UKF để chuẩn hóa các phép đo từ tất cả các cảm biến và ước định vị trí của UAV trong không gian.

Hình 9. Mô hình xác lập các thiết bị trên UAV phục vụ cho việc thu thập số liệu thực địa. Thiết bị bay UAV iBQR gắn sẵn máy quét LiDAR, máy thu GPS và các ăng ten, IMU và máy tính nhỏ.  

(Còn tiếp)

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