Công nghệ Lidar là gì? Nguyên lý hoạt động, ứng dụng và tiềm năng trong mọi lĩnh vực

Công nghệ LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) đã trở thành một công cụ quan trọng trong lĩnh vực viễn thám và nhiều ngành khoa học khác như địa lý, môi trường, địa chất, và quản lý tài nguyên. LiDAR sử dụng ánh sáng laser để tạo ra các bản đồ chi tiết về hình dạng và độ cao của môi trường xung quanh. 

Công nghệ LiDAR hoạt động như thế nào?

Công nghệ LiDAR hoạt động dựa trên việc gửi tia laser xuống mặt đất hoặc các vật thể và đo thời gian mà tia laser phản chiếu trở lại. Một hệ thống LiDAR bao gồm ba thành phần chính: bộ phát laser, bộ thu sóng quang và hệ thống xử lý dữ liệu.

• Bộ phát laser: Bộ phát laser tạo ra tia laser có đặc tính nhất định, như tần số, công suất và độ phân giải. Tia laser này được phát ra và đi qua môi trường cần khảo sát.
• Bộ thu sóng quang: Bộ thu sóng quang ghi nhận tia laser phản chiếu từ mặt đất hoặc các vật thể. Nó có khả năng đo thời gian và tính toán khoảng cách từ thời gian bay của tia laser.
• Hệ thống xử lý dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ bộ thu sóng quang được xử lý để tạo ra các bản đồ 3D chi tiết về môi trường xung quanh. Các thuật toán xử lý được sử dụng để tạo ra hình ảnh và thông tin về hình dạng và độ cao của đối tượng.

Thực ra, nguyên tắc LiDAR hoạt động không quá khó hiểu:

Cảm biến sẽ phát ra một xung laser tới bề mặt. Một cảm biến sẽ thu nhận thông tín hiệu phản xạ trở lại nguồn xung. Sau đó cảm biến sẽ đo khoảng thời gian laser phản xạ lại.

Cách tính toán khoảng cách với công thức “Khoảng cách = (Tốc độ phát đi x Thời gian đi được) / 2.

Quá trình này sẽ được lặp lại hàng triệu lần bởi cảm biến LiDAR, thu được dữ liệu lên đến hàng triệu điểm và cuối cùng sẽ biểu diễn thông tin khu vực được khảo sát dưới định dạng là đám mây điểm 3D – Point Cloud.

Các ứng dụng chính của công nghệ LiDAR hiện nay

Ngành điện lực

Công nghệ LiDAR ứng dụng trong ngành điện lực, hỗ trợ các công tác như khảo sát tuyến đường dây truyền tải điện để đánh giá mức độ võng, phát hiện những địa vật lấn chiếm hành lang đường điện, kiểm tra cột truyền tải điện,… Bên cạnh đó, LiDAR có thể tạo ra các mô hình 3D chính xác về đường dây điện và cấu trúc hạ tầng liên quan, cho phép đo lường khoảng cách và độ cao một cách chính xác. Trong ngành điện lực, điều này rất hữu ích để xác định các thông số như chiều cao của đường dây điện, khoảng cách giữa đường dây và các cấu trúc xung quanh, từ đó giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả cho việc lắp đặt và bảo dưỡng.

Ngành lâm nghiệp

Công nghệ LiDAR có thể giám sát rừng một cách liên tục và chi tiết. Lập bản đồ rừng để tối ưu hóa các hoạt động quản lý hoặc giúp đếm cây, tính toán khối lượng, sản lượng rừng.

Địa lý và quản lý môi trường

Công nghệ LiDAR đã trở thành công cụ quan trọng trong việc thu thập dữ liệu địa lý và quản lý môi trường như đánh giá tốc độ tăng trưởng hay sự lây lan dịch bệnh. Với khả năng tạo ra các bản đồ 3D chính xác, LiDAR giúp định vị và phân loại các yếu tố địa lý như địa hình, sự thay đổi đất và môi trường tự nhiên. Công nghệ này cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc rừng, dòng chảy sông, tình trạng bãi biển và nhiều yếu tố khác, hỗ trợ quản lý tài nguyên và đánh giá tác động của con người đối với môi trường tự nhiên.

Bảo vệ môi trường và khắc phục thảm họa tự nhiên

LiDAR đã chứng minh được vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và khắc phục thảm họa tự nhiên. Công nghệ này có thể tạo ra mô hình 3D của khu vực bị tác động bởi thiên tai như lở đất, lũ lụt hoặc động đất. Nhờ đó, nhà quản lý thảm họa và các cơ quan chức năng có thể phân tích và dự đoán các hiện tượng tương tự trong tương lai, từ đó triển khai các biện pháp phòng ngừa và ứng phó một cách hiệu quả.

Quản lý giao thông và đô thị thông minh

Trong lĩnh vực giao thông và đô thị thông minh, công nghệ LiDAR có thể cung cấp dữ liệu chính xác về hạ tầng giao thông và môi trường đô thị. Các thiết bị LiDAR có thể được gắn trên phương tiện di chuyển, giúp thu thập thông tin về tình trạng đường, giao lộ, vật cản và các yếu tố khác trên đường. Dữ liệu này có thể được sử dụng để tối ưu hóa mạng lưới giao thông, nâng cao an ninh giao thông và phát triển các giải pháp đô thị thông minh như quản lý đỗ xe và giám sát môi trường đô thị.

Ngành công nghiệp và xây dựng

Công nghệ LiDAR đã thúc đẩy sự tiến bộ trong ngành công nghiệp và xây dựng. Việc sử dụng LiDAR trong quá trình quét 3D và kiểm tra chất lượng đã giúp tăng năng suất và độ chính xác trong việc thiết kế, xây dựng và quản lý công trình. Bằng cách thu thập dữ liệu về hình dạng và kích thước của các cấu trúc, LiDAR hỗ trợ việc xây dựng bản đồ, kiểm tra độ phẳng và giám sát quá trình xây dựng. Điều này giúp giảm thiểu sai sót và tiết kiệm thời gian và nguồn lực.

• Đo đạc khảo sát: Thành lập mô hình số địa hình (DTM), mô hình số bề mặt (DSM), mô hình số độ cao (DEM), bình đồ ảnh trực giao (Orthophoto),..
• Xây dựng dân dụng: Lập bản đồ san lấp mặt bằng, lập kế hoạch và tối ưu hóa cơ sở hạ tầng (đường bộ, đường sắt, cầu, đường ống, sân golf) hoặc cải tạo sau thiên tai, khảo sát xói mòn bãi biển để xây dựng kế hoạch ứng phó.
• Khai thác mỏ: Tính toán khối lượng, mô hình hóa bề mặt, tối ưu hóa quá trình khai thác

Tiềm năng trong tương lai

Công nghệ LiDAR đang phát triển nhanh chóng và có tiềm năng lớn trong tương lai. Một số xu hướng tiềm năng bao gồm:

• Xe tự lái: LiDAR được sử dụng rộng rãi trong công nghệ xe tự lái để tạo ra bản đồ 3D và phát hiện và theo dõi các vật thể xung quanh. Sự phát triển của công nghệ LiDAR có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường an toàn và hiệu suất của xe tự lái.
• Mô phỏng và thực tế ảo: LiDAR có thể được sử dụng để tạo ra mô hình 3D chính xác cao của các môi trường thực tế. Điều này có thể ứng dụng trong việc tạo ra trải nghiệm thực tế ảo chân thực và mô phỏng các kịch bản thực tế cho nhiều mục đích, từ giáo dục đến giải trí.
• Khảo sát không gian: Công nghệ LiDAR có thể được sử dụng trong việc khám phá và khảo sát không gian. Điều này có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu trúc và thành phần của các hành tinh, mặt trăng và vật thể không gian khác.

Công nghệ LiDAR đã chứng minh được giá trị của mình trong việc tạo ra các bản đồ chi tiết và thông tin về môi trường xung quanh. Với nguyên lý hoạt động đơn giản nhưng hiệu quả, công nghệ Lidar đang mở ra nhiều cơ hội và tiềm năng trong viễn thám, địa lý, môi trường và nhiều lĩnh vực khoa học khác.

Liên hệ https://m.me/VegastarGeospatial để được tư vấn chi tiết về Giải pháp LiDAR và hoàn toàn miễn phí.