Thiết bị đo khoảng cách công nghệ Laser kết hợp GPS phục vụ ứng dụng trong công tác bản đồ và GIS (Số 1)

Hoàng Kim Quang & Nguyễn Minh Phong & Đặng Nguyên Vũ – Công ty TNHH ANTHI Việt Nam

Ngay từ cuối những năm 90, do sớm nhận thấy những ưu điểm vượt trội của công nghệ định vị vệ tinh GPS (tên gọi mới GNSS), các nhà khoa học Việt Nam đã tập trung đầu tư, nghiên cứu và triển khai ứng dụng công nghệ này phục vụ cho chuyên ngành đo đạc bản đồ. Hàng loạt những nhiệm vụ đo đạc bản đồ quan trọng bắt đầu có sự góp mặt của công nghệ GPS. Điển hình phải kể đến: Công nghệ GPS phục vụ dẫn đường hỗ trợ tính toán toạ độ tâm ảnh trong bay chụp ảnh hàng không; Đo đạc xây dựng lưới toạ độ trắc địa cao cấp; Đo đạc xây dựng lưới toạ độ tăng dày; Trang bị máy thu GPS cầm tay thu thập số liệu thực địa, phục vụ cho công tác cập nhật thông tin bản đồ và cao cấp hơn là xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin địa lý GIS.

Qua quá trình triển khai ứng dụng thiết bị GPS cầm tay thu thập số liệu, các nhóm thực địa phải đối mặt với rất nhiều khó khăn và những mặt hạn chế khi sử dụng duy nhất phương pháp GPS để thu thập số liệu. Trong khuôn khổ các Bản tin Công nghệ tiếp theo, Nhóm Kỹ thuật của Công ty TNHH ANTHI Việt Nam sẽ phân tích những lợi thế cũng như những khó khăn mà công nghệ GPS gặp phải trong thực tiễn, đồng thời cũng đưa ra những đề xuất ban đầu liên quan đến một trong những công nghệ có khả năng hỗ trợ một cách hiệu quả để khắc phục những hạn chế của công nghệ thu số liệu GPS.

1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ĐO KHOẢNG CÁCH LASER

Thực tế, thiết bị đo khoảng cách laser (Laser Rangefinder) đã được ứng dụng trong thực tiễn từ rất lâu, tuy nhiên thiết bị đo khoảng cách laser thế hệ cũ này còn nhiều mặt hạn chế như trọng lượng và kích thước lớn, nguồn cấp điện cồng kềnh, khả năng tương thích với thiết bị ngoại vi thấp và giá thành quá cao. Tất cả các yếu tố này đã làm chậm tiến độ nghiên cứu và triển khai ứng dụng công nghệ laser trên diện rộng bị chậm lại một thời gian dài.

Những thay đổi nhanh chóng trong công nghiệp điện tử đã ảnh hưởng rất lớn đến các thiết bị đo khoảng cách laser cầm tay. Theo đó kích thước của hầu hết các thiết bị đo laser được thu nhỏ một cách đáng kể, khả năng tương thích với thiết bị ngoại vi đa dạng hơn, tích hợp các công nghệ tiên tiến như la bàn hay cảm biến góc nghiêng, khoảng cách đo xa hơn và quan trọng là giá thành của thiết bị phù hợp để có thể trang bị số lượng lớn cho tất cả các đơn vị.

Để giúp bạn đọc tiện theo dõi, chúng tôi cũng đã tìm hiểu và thống kê được một số những khái niệm mang tính cơ sở liên quan đến công nghệ này. LASER là thuật ngữ viết tắt của cụm từ “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Đó có thể là các loại tia hồng ngoại (Infrared), bán dẫn (Semiconductor), laser điốt GaAs (GaAs laser diode). Năng lượng để tạo ra nguồn sáng laser thông thường sử dụng cho các thiết bị đo khoảng cách cầm tay có bước sóng trung bình xấp xỉ 900 nanomét, với biến thiên trùm tia khoảng 3 miliradian – Tương đương với độ rộng trùm tia khoảng 0.3 mét ở khoảng cách 100 mét. Các sản phẩm ứng dụng kỹ thuật laser để tính toán khoảng cách thường áp dụng phương thức đo đạc thời gian di chuyển của các tín hiệu tia hồng ngoại ngắn. Kỹ thuật đo này khác với phương thức đo đạc sử dụng trên các thiết bị đo truyền thống - kỹ thuật xác định độ lệch pha (Phase Shift), so sánh bước sóng nhận được với pha của tia sáng ra khỏi thiết bị đo.

Bất kỳ một đối tượng nào, có khả năng phản xạ lại một phần nhỏ năng lượng của tia sáng đã tiếp nhận, cũng đều có thể xác định được khoảng cách bằng công nghệ laser. Với những thiết bị thu có độ nhạy cao, dễ dàng tiếp nhận những tín hiệu phản hồi yếu nên chỉ cần một phần rất nhỏ khả năng phản hồi từ mục tiêu là đã đủ để tính toán khoảng cách. Để tăng cường độ chính xác, một số thiết bị laser có khả năng xử lý gần 60 tín hiệu laser trong một chu kỳ đo đơn, thời gian tiếp nhận tín hiệu từ mục tiêu nằm trong khoảng 0.3 đến 0.7 giây, đồng thời áp dụng các mô hình và thuật toán kiểm tra cao cấp, nhằm đảm bảo chắc chắn độ tin cậy của các số liệu thu được.

Để phục vụ cho nội dung bài báo này, chúng tôi đã lựa chọn sử dụng thiết bị đo khoảng cách laser cầm tay TruPulse 200, 200B, 360 và 360B, và thiết bị đo cao cấp ImPulse 200LR do hãng Laser Technology Inc, sản xuất. Ngoài những khả năng chung đã đề cập ở trên, tia laser của các máy đo TruPulse và ImPulse đều đáp ứng chuẩn FDA Class 1, đảm bảo an toàn cho mắt người. Năng lượng phát xạ nguồn sáng laser nằm trong giới hạn 50 microwatt, tương đương với một phần hai mươi lần năng lượng phát xạ của thiết bị điều khiển từ xa tiêu chuẩn sử dụng cho vô tuyến. Đặc biệt, tia laser sử dụng trong các thiết bị đo khoảng cách TruPulse và ImPulse hoàn toàn không phát sáng. Dưới đây là hình ảnh mô tả các phép đo và kết quả tính toán dẫn xuất từ phép đo khi sử dụng thiết bị laser TruPulse và ImPulse:
 
Xác định góc nghiêng
Xác định khoảng cách ngang
Xác định khoảng cách đứng
Xác định phương vị
Xác định chiều cao thực
Xác định khoảng cách bất kỳ
Xác định khoảng cách nghiêng
TruPulse là dòng máy đo cầm tay có kích thước gọn nhỏ, trọng lượng 220 gam, sử dụng pin cấp điện thông thường chuẩn AA (pin tiểu), ống kính phóng đại 7 lần cho phép khoá các mục tiêu đo kích thước nhỏ ở khoảng cách xa. Theo chỉ tiêu kỹ thuật lý thuyết, TruPulse có khả năng đo không gương phản xạ tới khoảng cách 1000 mét và có gương phản xạ đạt tới khoảng cách 2000 mét trong điều kiện lý tưởng. Cũng theo chỉ tiêu lý thuyết, độ chính xác khoảng cách đạt được thay đổi từ 10cm đến 30cm. Tất cả các dòng TruPulse đều được trang bị màn hình LCD ngay trong ống kích, hiển thị các kết quả đo cũng như các thông số xác lập cấu hình hệ thống. Cả hai mẫu máy 200 và 360 đều được tích hợp cảm biến nghiêng, cho phép đo và tính toán và hiển thị kết quả đo khoảng cách ngang, nghiêng, đứng, chiều cao thực, độ dốc … ngoài ra mẫu máy 360 còn được tích hợp la bàn, cho phép xác định phương vị của các đối tượng, độ chính xác phương vị nằm trong giới hạn ± 10.

Một trong những tính năng vượt trội của TruPulse là việc không giới hạn góc nghiêng của máy khi tiến hành đo, có thể dựng đứng hay cắm ống kính trong giới hạn ± 900 mà không ảnh hưởng tới kết quả đo, trong khi các hãng khác thường giới hạn góc nghiêng khi đo trong khoảng ± 400. Tất cả các mẫu máy đều được tích hợp cổng kết nối truyền số liệu qua cáp chuẩn RS232, cao cấp hơn là hai mẫu 200B và 360B còn được trang bị giao thức kết nối không dây Bluetooth, rất thuận tiện trong quá trình đo kết hợp với máy GPS.

ImPulse là dòng máy thứ hai mà nhóm tác giả đã tiến hành xem xét. Có thể nói đây là mẫu máy đo laser cầm tay cao cấp trên thị trường, có khả năng đo xa tới 2200 mét, độ chính xác khoảng cách đạt từ 3 đến 5 cm ở khoảng cách 500 m. Không giống như dòng TruPulse, ImPulse chỉ được tích hợp cảm biến nghiêng chứ không được tích hợp la bàn hỗ trợ đo phương vị, tuy nhiên ImPulse có khả năng kết hợp với các thiết bị cung cấp thông tin phương vị độ chính xác cao, sẽ cho kết quả đo chính xác hơn so với dòng TruPulse. Theo chúng tôi đây thực sự là mẫu máy đo khoảng cách laser đáng quan tâm đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao hơn so với dòng TruPulse.


Các máy đo laser rangerfinder  LTI TruPulse 200 và 360


Máy đo laser rangefinder LTI Impulse 200LR
Ý KIẾN BẠN ĐỌC
Hiển Thị Thêm
BÌNH LUẬN