Quét laser là một phương pháp khảo sát phổ biến có thể đo và thu thập dữ liệu chính xác từ các vật thể, bề mặt, tòa nhà và cảnh quan. Máy quét laser thu thập thông tin dưới dạng dữ liệu đám mây điểm, bao gồm hàng triệu tọa độ 3D (tọa độ XYZ).

Lịch sử của việc quét laser bắt đầu từ những năm 1960. Ban đầu, thiết bị là cơ bản, bao gồm máy ảnh, máy chiếu và đèn chiếu sáng. Những hệ thống quét đầu tiên này mất rất nhiều thời gian để xử lý dữ liệu. Sau đó, vào năm 1985, những máy quét đơn giản này được thay thế bằng hệ thống LiDAR – máy quét chất lượng cao sử dụng chùm tia laze và tạo bóng để thu thập dữ liệu liên quan đến các vật thể và bề mặt.

Máy quét laser hiện đại có thể thu thập các đám mây điểm chi tiết và với phần mềm xử lý đám mây điểm, các bộ dữ liệu này có thể tạo ra các mô hình 3D kỹ thuật số của môi trường được quét.

1. Quét bằng Laser hoạt động như thế nào?

Quét laser 3D hiện nay liên quan đến công nghệ tiên tiến hơn nhiều so với những năm 1960. Các quy trình quét laser ngày nay sử dụng chùm tia laser, cảm biến tiên tiến, Hệ thống định vị toàn cầu (GPS), Đơn vị đo lường quán tính (IMU), thiết bị điện tử thu và bộ tách sóng quang. Sử dụng tất cả các thành phần này, máy quét laser có thể tính toán chính xác tọa độ của các bề mặt và cấu trúc.

Đầu tiên, hệ thống quét laser sẽ phát ra các sóng ánh sáng từ các bề mặt và phản xạ trở lại cảm biến. Sau đó, cảm biến sẽ tính toán khoảng cách bề mặt bằng cách đo thời gian để chùm sáng hoàn thành hành trình. Quá trình này được gọi là phép đo “thời gian bay”. Khoảng cách đo được sau đó sử dụng để tính toán tọa độ cho phần nhỏ của bề mặt bị tia laze chiếu vào. Tất cả điều này xảy ra chỉ trong vài giây và trong một lần quét, máy quét laser sẽ thu thập hàng triệu tọa độ 3D.

Khi các đám mây điểm từ quá trình quét laser được xử lý, chúng tạo thành một mô hình kỹ thuật số của các bề mặt được quét, thể hiện các kích thước và mối quan hệ không gian của các đặc điểm và cấu trúc địa hình.

2. Ưu điểm của quét Laser 3D

Quét bằng laser có một số ưu điểm so với các phương pháp khảo sát bình thường, chẳng hạn như phép đo quang. Dưới đây là một số lý do tại sao các tổ chức sử dụng quét laser 3D cho các cuộc khảo sát.

2.1. Máy quét laser có thể thu thập dữ liệu nhanh chóng

Quét laser là phương pháp khảo sát thực địa nhanh nhất hiện nay. Máy quét laser có thể thu thập hàng triệu điểm dữ liệu trong vài giây, giảm thời gian và nguồn nhân lực cần thiết để hoàn thành các cuộc khảo sát. Phương pháp khảo sát này là hoàn hảo cho các dự án yêu cầu quay vòng nhanh chóng.

2.2. Hệ thống có thể được gắn vào xe

Đối với các dự án yêu cầu thông tin từ các cảnh quan rộng lớn hoặc mạng lưới đường bộ hoặc đường sắt rộng lớn, hệ thống quét laser có thể được gắn trên các phương tiện trên bộ hoặc trên không. Sau đó, hệ thống có thể thu thập dữ liệu từ tất cả các khu vực cần thiết trong một khoảng thời gian ngắn.

2.3. Quét bằng laser có thể giảm rủi ro về sức khỏe và an toàn

Sử dụng máy quét laze để thu thập thông tin từ các vị trí nguy hiểm hoặc khó tiếp cận. Người khảo sát có thể an toàn tránh xa nguy cơ bị tổn hại trong khi máy quét thực hiện công việc của mình.
2.4. Hệ thống quét 3D có thể khảo sát các khu vực không thể tiếp cận

Trước khi hệ thống quét laser ra đời, một số khu vực nhất định không được phép sử dụng đối với các nhà khảo sát. Nhưng với hệ thống LiDAR gắn trên xe, các tổ chức có thể thu thập dữ liệu đám mây điểm từ ngay cả những khu vực khó tiếp cận nhất. Ví dụ, LiDAR gắn trên máy bay không người lái có thể khảo sát các địa điểm và cấu trúc không an toàn.

Bởi vì quét laze là một phương pháp khảo sát không tiếp xúc, nó cũng có thể khảo sát các đối tượng hoặc khu vực nhạy cảm, chẳng hạn như các di tích lịch sử dễ bị tổn thương.

2.5. Tạo mô hình 3D chi tiết từ dữ liệu quét

Có lẽ ưu điểm lớn nhất của quét laser là dữ liệu quét có thể tạo ra các mô hình CAD 3D. Các mô hình kỹ thuật số 3D này có thể được sử dụng để phân tích các đặc điểm địa hình, cấu trúc và hành lang giao thông. Chúng cũng có thể được sử dụng để mô phỏng các dự án xây dựng hoặc quy hoạch đô thị.

3. Các ứng dụng của quét Laser

Quét laser được sử dụng trong nhiều dự án có giá trị cao, do chính phủ hỗ trợ và tư nhân tài trợ như quốc phòng và khảo sát đường bộ. Một số ứng dụng nổi tiếng khác của nó được liệt kê dưới đây.

3.1. Quét không gian

Thông thường, quá trình quét không gian tốn nhiều thời gian và một sai sót nhỏ có thể ảnh hưởng đến toàn bộ dự án. Máy quét laser không chỉ giảm thời gian thực hiện trong việc vẽ đồ thị và quét không gian mà còn cải thiện quy trình lập kế hoạch và cắt giảm đáng kể số lỗi trong quá trình thu thập dữ liệu. Các nhà nghiên cứu sử dụng dữ liệu quét không gian để lập bản đồ di động, khảo sát, quét các tòa nhà và nội thất bên trong.
3.2. Khảo sát đường bộ và phân tích xây dựng giao thông

Phát triển đường cao tốc là một trong những nhiệm vụ thách thức nhất đối với chính quyền vì họ không thể dừng giao thông quá lâu để thu thập thông tin về các con đường hiện có – nhưng họ cũng không thể trì hoãn việc xây dựng.

Máy quét laser giúp giảm thời gian quay vòng để khảo sát đường và phân tích xây dựng giao thông từ vài tuần xuống còn vài giờ.

3.3. Địa hình đô thị

Địa hình đô thị là một nghiên cứu liên ngành về các thị trấn – hình thức, bố cục, lịch sử kiến ​​trúc, địa lý,… để lập kế hoạch thị trấn. Đây là một quá trình quan trọng vì nó yêu cầu thu thập dữ liệu thường xuyên, chính xác để xử lý dữ liệu trước khi bắt đầu công việc phát triển.