LiDAR là gì và nó hoạt động như thế nào?

Được giới thiệu vào những năm 1960, công nghệ LiDAR ban đầu được sử dụng để đo các khu vực địa hình rộng lớn bằng cách gắn máy quét lên máy bay. Giống như Radar (Phát hiện và Định vị bằng sóng vô tuyến), điều này có thể đạt được bằng cách phát ra các xung về phía bề mặt đất và thu nhận các xung phản xạ trở lại cảm biến. Ban đầu được gọi là “hệ thống colidar”, các cảm biến LiDAR ngày nay sử dụng cùng một khái niệm để đo lường và tạo ra các mô hình 3D.

Sự ra đời của các hệ thống GPS thương mại khả thi vào những năm 1980 đã làm cho dữ liệu LiDAR trở nên hữu ích cho các phép đo địa không gian chính xác. Kể từ đó, nghiên cứu và phát triển đã nhanh chóng tiến bộ và cải thiện công nghệ LiDAR, khiến nó trở nên phổ biến đối với các nhà khảo sát trên toàn cầu, thông qua các giải pháp quét laser 3D như FARO® Focus Premium™. Tìm hiểu thêm tại farovn.com.vn.

LiDAR LÀ GÌ ?

LiDAR là từ viết tắt của Light Detection and Ranging (Phát hiện và Định vị bằng Ánh sáng) và là một phương pháp viễn thám để tạo ra các mô hình 3D của thế giới thực.

Cảm biến LiDAR hoạt động như thế nào?

Tùy thuộc vào cảm biến LiDAR, máy quét có thể phát ra hàng triệu xung laser mỗi giây. Mỗi xung trở lại máy quét, tính toán khoảng cách giữa vật thể và cảm biến bằng cách sử dụng vận tốc ánh sáng, được gọi là Thời gian bay (ToF). Kết quả là một điểm duy nhất trong không gian và sự kết hợp của tất cả các điểm này tạo ra hình ảnh 3D dày đặc được gọi là dữ liệu đám mây điểm.

Sự khác biệt giữa Radar và LiDAR?

Cả LiDAR và Radar đều phát ra các xung để xác định thời gian cần thiết để chạm tới bề mặt và quay trở lại cảm biến. Tuy nhiên, Radar sử dụng sóng vô tuyến thay vì xung ánh sáng. Công nghệ LiDAR tạo ra các phép đo chính xác thông qua các mô hình 3D, trong khi việc sử dụng chính của Radar là cho mục đích quân sự, ví dụ: trên tàu chiến để phát hiện các vật thể trong vùng lân cận.

Công nghệ LiDAR là gì?

Công nghệ LiDAR là một cách lý tưởng để kiểm tra bề mặt trái đất. Đánh giá thông tin về mặt đất, tạo ra bản sao kỹ thuật số của một vật thể hoặc chi tiết hóa một loạt thông tin địa không gian. Các giải pháp quét laser khai thác công nghệ này, sử dụng dữ liệu LiDAR để tạo mô hình 3D và lập bản đồ độ cao kỹ thuật số.

Bản đồ LiDAR cung cấp độ chính xác về vị trí – cả tuyệt đối và tương đối, cho phép người dùng dữ liệu biết vị trí trên thế giới mà quá trình lập bản đồ diễn ra và mỗi điểm liên quan đến các đối tượng như thế nào về mặt khoảng cách.

LIDAR được sử dụng để làm gì?

Không có nhiều ứng dụng nào không được hưởng lợi từ việc sử dụng công nghệ LiDAR. Từ các công trường xây dựng bận rộn đến sâu dưới lòng đất, cảm biến LiDAR là giải pháp lý tưởng cho nhiều ngành công nghiệp. Dưới đây là một vài ví dụ:

Kiến trúc, Kỹ thuật và Xây dựng (AEC)

Công nghệ LiDAR đang ngày càng trở nên phổ biến trong AEC. Theo dõi các dự án xây dựng và tạo ra các bản sao kỹ thuật số cho Mô hình Thông tin Xây dựng (BIM). Thêm vào đó, lập bản đồ môi trường xây dựng như các tòa nhà, mạng lưới đường bộ hoặc đường sắt.

Lập bản đồ địa hình

Các nhiệm vụ khảo sát thường yêu cầu quét laser để thu thập các phép đo 3D để tạo Mô hình Địa hình Số (DTM) và Mô hình Độ cao Số (DEM) của cảnh quan và các khu vực rộng lớn.

Bất động sản

Tạo bản vẽ mặt bằng 2D bằng cách sử dụng dữ liệu đám mây điểm 3D là lý tưởng để đo lường không gian của một tòa nhà hoặc thu thập thông tin chi tiết trước các dự án cải tạo.

Môi trường

Các ứng dụng môi trường cho LiDAR rất phong phú. Quét laser là một phương pháp phổ biến để lập bản đồ rủi ro lũ lụt, trữ lượng carbon trong lâm nghiệp và theo dõi xói mòn ven biển.

Khai thác mỏ

Tạo mô hình 3D của các mỏ cung cấp khả năng hiển thị tiến độ tốt hơn mà còn có thể cải thiện an toàn thông qua nhiều cách khác nhau như thường xuyên xem xét và phân tích sự dịch chuyển trong vách đá.

Xe tự hành

Cảm biến LiDAR cũng được triển khai trong xe tự hành (AV), tạo ra các bản đồ 3D chi tiết về các khu vực xung quanh trong thời gian thực. Công nghệ LiDAR là chìa khóa cung cấp cho AV khả năng nhận thức cần thiết để điều hướng an toàn và hiệu quả trong các môi trường đa dạng.

Các loại máy quét LiDAR khác nhau là gì?

Kể từ khi công nghệ LiDAR được thương mại hóa, đã có nhiều phiên bản khác nhau của máy quét laser.

Máy quét Laser mặt đất

Việc sử dụng cảm biến LiDAR phổ biến và lâu đời nhất để lập bản đồ là trong máy quét laser mặt đất (TLS). TLS là một giải pháp dựa trên tĩnh, thường trên giá ba chân, phát ra hàng trăm nghìn (trong một số trường hợp hàng triệu) chùm ánh sáng mỗi giây để tạo ra dữ liệu đám mây điểm dày đặc.

TLS cung cấp dữ liệu có độ chính xác và chi tiết cao, lý tưởng cho các ứng dụng như điều tra hiện trường vụ án hoặc hình dung tiến độ công trường xây dựng.

Máy quét Laser di động

Sự phát triển gần đây của máy quét laser di động đã mở ra cơ hội để lập bản đồ những nơi khó tiếp cận hoặc trước đây không thể tiếp cận. Mặc dù kém chính xác hơn một chút so với TLS, LiDAR di động linh hoạt hơn đáng kể với khả năng quét cầm tay, UAV hoặc gắn trên xe. Ngoài ra, các hệ thống hỗ trợ SLAM không yêu cầu GPS để tạo bản đồ kỹ thuật số, mở rộng hơn nữa khả năng sử dụng của nó.

Các giải pháp, như FARO® Orbis™, lý tưởng cho các ngành công nghiệp như khai thác mỏ, nơi tốc độ, độ chính xác và dễ dàng ghi lại là điều bắt buộc.

Công nghệ Lidar trong Điện thoại

Apple là công ty đầu tiên giới thiệu Lidar cho điện thoại di động và máy tính bảng vào năm 2020. Mặc dù kém chính xác hơn đáng kể so với cả máy quét laser di động và TLS, và thiếu phạm vi cao, sự phát triển của iPhone và iPad là một bước tiến lớn hướng tới việc đưa LiDAR vào nhiều tay hơn.

Làm việc song song; TLS, thiết bị di động và điện thoại hỗ trợ Lidar là giải pháp hoàn hảo để thu thập dữ liệu Lidar nhất quán của cùng một khu vực theo thời gian.

Dữ liệu Đám mây điểm là gì?

Đám mây điểm là vô số (thường là hàng triệu) điểm trong các lần quét được chụp bởi máy quét LiDAR. Những điểm này đại diện cho một điểm trên bề mặt của, ví dụ, một tòa nhà được quét. Máy quét kết hợp các góc dọc và ngang được tạo bởi chùm tia laser để tính toán vị trí tọa độ 3D XYZ cho mỗi điểm để tạo ra một tập hợp các phép đo tọa độ 3D.

Xử lý dữ liệu tạo ra một tập dữ liệu đám mây điểm cung cấp hình ảnh chi tiết chính xác về môi trường được quét. Điểm càng dày đặc, hình ảnh càng chi tiết, mang lại độ rõ nét cho các đặc điểm và chi tiết kết cấu nhỏ hơn.

Hệ thống LiDAR cho Khảo sát Địa không gian

Có rất nhiều trường hợp sử dụng tuyệt vời cho LiDAR. Chúng bao gồm kỹ thuật dân dụng và khảo sát, từ đường cao tốc và công trình đường bộ đến kiểm tra cầu và lập bản đồ các khu vực bán lẻ lớn. Nó rất rộng rãi, cho phép các công ty khảo sát tiết kiệm chi phí hơn trong khi vẫn duy trì mức độ chuyên nghiệp cao nhất.

Thiết kế

Máy quét 3D giúp các kỹ sư dân dụng có được kết quả có độ chính xác cao trong thời gian ngắn – điều cần thiết khi làm việc với khung thời gian chặt chẽ.

Đánh giá

Công nghệ LiDAR là hoàn hảo để tạo ra một mô hình kỹ thuật số để bạn có thể phát hiện và sửa chữa các bất thường trước khi bắt đầu công việc xây dựng, cũng như theo dõi những thay đổi giữa các lần quét để hiển thị tiến độ.

Khảo sát

Các nhà khảo sát thích các hệ thống LiDAR để giúp họ tạo ra hình ảnh 3D chi tiết, mô hình địa hình số (DTM) chính xác và mô hình độ cao số (DEM) của các cảnh quan cụ thể.

Mô hình Độ cao Số (DEM)

Mô hình Độ cao Số (DEM) là biểu diễn ba chiều của địa hình và tất cả các đối tượng trong không gian đó. Các giá trị độ cao được thu thập thường xuyên từ các lần quét Lidar tạo ra một hệ tọa độ cho phép phản ánh và mô hình hóa trái đất với độ chính xác cao.

Mô hình Địa hình Số (DTM)

Không giống như DEM, nó xem xét các đối tượng như thảm thực vật, tòa nhà và các đồ tạo tác khác, Mô hình Địa hình Số (DTM) chỉ xem xét bề mặt trái đất. DTM sẽ bao gồm chiều cao và độ cao của bề mặt, bao gồm các đường gờ hoặc sông để cung cấp một bức tranh chính xác về địa hình.

Vậy, Công nghệ LiDAR là gì?

Hy vọng rằng, chúng tôi đã thỏa mãn sự tò mò của bạn về Phát hiện và Định vị bằng Ánh sáng. Công nghệ laser xung này có rất nhiều ứng dụng lập bản đồ, cung cấp thông tin và dữ liệu chi tiết về môi trường.

Nếu bạn đang tìm kiếm một máy quét 3D cho ứng dụng kinh doanh, công nghệ LiDAR mang đến cho bạn sức mạnh để thu thập dữ liệu địa không gian mà bạn cần. Dòng máy quét laser của chúng tôi tạo ra dữ liệu đám mây điểm cho nhiều ứng dụng và ngành công nghiệp khác nhau.