50 Ứng dụng quan trọng sử dụng dữ liệu LiDAR (Phần 1)

Dữ liệu LiDAR là gì và ứng dụng của nó trọng cuộc sống. Trong bài này ta cùng tìm hiểu về 50 ứng dụng quan trọng của LiDAR đối với đời sống. Để đi vào vào chi tiết 50 ứng dụng quan trọng sử dụng ảnh LiDAR trước tiên ta cùng nhau đi tìm hiểu LiDAR là gì? Vậy để mở đầu với câu hỏi LiDAR là gì?

LiDAR là gì?

LiDAR, Light Detection And Ranging, là một thuật ngữ dùng trong công nghệ viễn thám, sử dụng các cảm biến laser để khảo sát đối tượng từ xa. Dữ liệu thu được của hệ thống là tập hợp đám mây điểm phản xạ 3 chiều của tia laser từ đối tượng được khảo sát.

Các dữ liệu LiDAR có thể thu thập bằng máy bay, một hệ thống chứa LiDAR thực hiện việc truyền các xung ánh sáng cận hồng ngoại tới bề mặt khảo sát thu nhận các xung phản hồi trở lại. Nó thực hiện việc đo khoảng cách từ cảm biến tới bề mặt bằng cách đo thời gian phản hồi giữa khoảng thời gian từ lúc truyền xung cho đến lúc nhân được phản xạ. Sau đó thực hiện việc nhân thời gian đó với vận tốc ánh sáng và chia cho 2 sẽ ra được khoảng cách giữa cảm biến và đối tượng phản xạ.

Ở trên ta đã tìm hiểu một số thông tin về LiDAR, bây giờ ta cùng tìm hiểm về 50 Ứng dụng quan trọng sử dụng LiDAR

1. Mô hình độ cao kỹ thuật số( Digital Elevation Model)

Digital Elevation Model là mô hình biểu diễn giá trị độ cao của vật thể là z tại vị trí x,y tương ứng. Các giá trị của DEM được sử dụng phổ biến khắp nơi như trên đường xá, nhà cửa hoăc các công trình nhân tạo khác. LiDAR dễ dàng xác định được độ cao của vật thể. Trước đây công việc lấy độ cao vật thể thông qua việc khảo sát mặt đất hoặc đo đạc thông qua ảnh chụp là rất khó khăn, LiDAR ra đời đã giúp công việc đó trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.

2. Micro-Topography

Các phép đo đạc sử dụng LiDAR vô cùng chính xác bằng việc sử dụng các xung laser để thăm dò vật thể. Thông thường các công nghệ viễn thám hoặc đo đạc khác thường không lấy được độ cao bề mặt được che phủ bởi thảm thực vật hoặc tán rừng, nhưng các xung laser của LiDAR có thể đi xuyên qua vật thể để nhận diện được độ cao bề mặt.

3. Nông nghiệp

LiDAR giúp cho nông dân phát hiện được khu vực lãng phí phân bón. Nó được sử dụng để tạo bản đồ độ cao của đất nông nghiệp từ đó chuyển đồi để tạo độ dốc và diện tích tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Cả hai lớp thông tin được dùng để tạo khu vực sản xuất cây trồng cao, trung bình và thấp. Với các thông tin hữu ích sẽ giúp nông dân tiết kiệm được lượng phân bón lãng phí.

4. Quy hoạch và quản lý rừng

LiDAR được sử dụng rộng rãi trong lâm nghiệp để lập kế hoạch và quản lý rừng. Nó được sử dụng để đo cấu trúc thẳng đứng của tán cây rừng và dùng để đo mật độ số lượng tán và chiều cao cơ sở của tán cây. Các ứng dụng khác của LiDAR trong ngành công nghiệp rừng là đo chiều cao đỉnh để ước tính độ mở rộng của gốc.

5. Quản lý cháy rừng

LiDAR dần trở nên phổ biến rộng rãi trong quản lý cháy rừng. Một số bộ phận của sở cứu hỏa dần chuyển hoạt động từ phản ứng sang quản lý cháy rừng. Các ảnh LiDAR giúp theo dõi khu vực cháy có thể xảy ra được gọi và lập bản đồ nhiên liệu (mô phỏng mô hình cháy).

6. Sản lượng Rừng

LiDAR được dùng trong xác định sản lượng rừng từ giúp thúc đẩy các hoạt động quy hoạch và điều hành khu vực rừng đặc dụng để tăng năng suất gỗ, giảm chi phí và tăng lợi nhuận, và duy trì chất lượng môi trường. Các ảnh LiDAR trên không được dùng để xác dịnh sản lượng rừng.

7. Quản lý du lịch và công viên

LIDAR DEM được sử dụng để lập kế hoạch cho công viên và khu du lịch. Mô hình bề mặt đất chính xác cao giúp người dùng tìm ra khu vực tốt nhất để có sân chơi, cây xanh và đường đi bộ. Quản lý công viên là một công việc kinh doanh lớn và công nghệ LIDAR đang đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý ảnh 3D của công viên, các ảnh 3D được tạo ra từ công nghệ LIDAR đóng vai trò phát triển công viên trong tương lai.

8. Đánh giá chất lượng môi trường

Dữ liệu địa hình Micro được tạo ra từ dữ liệu LiDAR được sử dụng trong đánh giá môi trường. Đánh giá môi trường được thực hiện để bảo vệ thực vật và môi trường. Viễn thám và thông tin bề mặt (LiDAR ) được sử dụng để tìm ra khu vực bị ảnh hưởng bởi hoạt động của con người.

9. Đa dạng sinh học

Khi công nghệ LiDAR được phát triển trong việc tìm kiếm thông tin chi tiết về rừng. Rừng là nơi trú ngụ của nhiều loại chim, động vật và côn trùng khác nhau. Các nhà khoa học đang sử dụng dữ liệu LiDAR để phân tích rừng (cấu trúc theo chiều thẳng đứng) để xem liệu đây có phải là nơi thích hợp cho chúng hay không. Cấu thẳng đứng của cây, bụi cây và các cây khác cho biết, những loài nào có thể sống và thịnh vượng trong khu vực đó.

10. Mô hình lũ

LIDAR cung cấp thông tin rất chính xác. Sông rất nhạy cảm và vài mét thay đổi thông tin có thể mang lại tai hoạ hoặc mất mát tài sản. Vì vậy, LiDAR được sử dụng để tạo ra độ phân giải cao và mô hình bề mặt chính xác của dòng sông. Những thông tin trích xuất LiDAR này có thể được sử dụng để mô phỏng 3D để thiết kế cấu trúc tốt hơn cho các công trình hoặc tòa nhà trên bờ sông.

11. Lưu vực và phân định dòng chảy

DEM tạo ra từ LiDAR cđược sử dụng để tạo ra khu vực đầu nguồn và phân định dòng chảy. Độ cao chính xác từ DEM là đầu vào quan trọng để tạo ra này và phần mềm GIS được sử dụng để tạo ra nó. Bằng cách này, bạn có thể tính toán lưu vực sông cho các kênh nước cụ thể và tìm ra luồng suối để đổ lũ lên.

12. Phân loại sinh thái và đất đai (Ecological & Land Classification)

Nó được thực hiện để cung cấp thông tin sinh học và vật lý của cảnh quan giúp quản lý bền vững. Quá trình ELC giúp trong nhiều lĩnh vực như quy hoạch sử dụng đất, đánh giá môi trường, quản lý rừng, quản lý môi trường sống và nhiều hơn nữa. Trong quá trình phân loại đất đai, dữ liệu LiDAR có độ phân giải cao giúp hiểu được bản chất và loại đất đai, điều này sẽ giúp quá trình phân loại sinh thái và đất đai.

13. Khảo sát sông

Ánh sáng xanh có thể xuyên qua nước (532 nanomet) của LiDAR được sử dụng để đo dưới nước. Dưới thông tin về nước cần biết về độ sâu, độ mạnh dòng chảy, chiều rộng của con sông và nhiều hơn nữa. Đối với kỹ thuật sông, dữ liệu mặt cắt của nó được trích từ dữ liệu LiDAR (DEM) để tạo ra một mô hình sông, tạo ra bản đồ lũ lụt và lũ quét. Tương tự như vậy để hiểu biển dưới thế giới, dữ liệu LiDAR được sử dụng bởi kỹ sư hàng hải.

14. Mô phỏng ô nhiễm

Các bước sóng ngắn của LiDAR hoạt động trong vùng cực tím, vùng có thể nhìn thấy hoặc gần hồng ngoại. Điều này giúp hình ảnh đối tượng có cùng kích thước hoặc lớn hơn bước sóng. Vì vậy, LiDAR có thể phát hiện các thành phần ô nhiễm của cacbon điôxit, Sulphur dioxide và Metan. Thông tin này giúp nghiên cứu để tạo ra bản đồ mật độ ô nhiễm của khu vực có thể được sử dụng để lập kế hoạch tốt hơn của thành phố.

15. Lập bản đồ

Mô hình bề mặt được tạo từ LiDAR được sử dụng để gia tăng giá trị đồ hoạ vào bản đồ. Mô hình độ cao số được thêm vào bên dưới tất cả các lớp cho thấy chế độ xem 3D về đất. Đặc biệt là dữ liệu mô hình độ cao số được thêm vào chụp ảnh trên không để hiển thị chế độ xem 3D giúp lập kế hoạch đường xá, các tòa nhà, cây cầu và sông ngòi dễ dàng hơn.

16. Quản lý bờ biển

Dữ liệu LiDAR của bề mặt bờ biển và dưới bề mặt nước có thể được kết hợp bằng các nghiên cứu để phân tích hành vi sóng và diện tích được bao phủ bởi chúng. Nếu những dữ liệu này được thu thập định kỳ thì nhà khoa học biển có thể hiểu được sự xói mòn bờ biển.

17. Quy hoạch giao thông

Dữ liệu LIDAR cho đường giúp kỹ sư hiểu nó và đưa ra lộ trình xây dựng nó. Vì LiDAR là công nghệ chính xác cao giúp hiểu chiều rộng, độ cao và chiều dài của đường hiện có. Kỹ sư đường sử dụng dữ liệu LiDAR cho những điều dưới đây:

• Tính toán xác định kích thước cống, loại bỏ thực vật, tính toán lớp …
• Chiều cao.
• Đúng chiều và điều kiện bề mặt

18. Thăm dò dầu khí

Các bước sóng LIDAR ngắn , nó có thể được sử dụng để phát hiện các phân tử chứa trong bầu khí quyển có bước sóng tương đương hoặc lớn hơn. Công nghệ DIAL (Differential Absorption LiDAR ) được sử dụng để theo dõi lượng khí trên vùng hydrocarbon. Theo dõi này giúp tìm thấy các mỏ dầu khí.

19. Khai thác mỏ

LiDAR cũng được sử dụng trong kinh doanh khai thác mỏ trong các nhiệm vụ khác nhau. Nó được sử dụng để đo khối lượng quặng bằng cách chụp một loạt các bức ảnh của không gian khai thác quặng. Những bức ảnh về khoảng thời gian được sử dụng để tính toán trữ lượng dầu mỏ.

20. Khảo cổ học

LiDAR đã đóng vai trò quan trọng cho nhà khảo cổ học hiểu được bề mặt địa chất khu vực khai quật. Vì LiDAR có thể phát hiện địa hình vi mô ẩn trong thực vật, giúp nhà khảo cổ học hiểu được bề mặt. Các mô hình độ cao số được tạo ra từ LiDAR được đưa vào hệ thống GIS và kết hợp với các lớp khác để phân tích.

21. Khai thác khoáng sản

Đối với khảo cổ học, điều quan trọng là phải hiểu nền văn minh của con người bằng cách tìm kiếm mỏ đá và khoáng vật. Vì vậy, LiDAR được sử dụng để phát hiện những điểm này.

22. Phân tích thị giác

Phân tích lượt xem là tên phổ biến trong GIS, nó sử dụng mô hình độ cao số (DEM) để tạo bản đồ tầm nhìn. Nó sử dụng tế bào cá nhân để xác định rằng có thể nhìn thấy hay không từ tất cả các tế bào còn lại. Độ chính xác của phân tích phụ thuộc vào DEM đầu vào. Vì vậy, chính xác cao DEM tạo ra từ LIDAR được sử dụng cho các loại phân tích.

23. Quy hoạch năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời ngày càng trở nên phổ biến cho mục đích sưởi ấm và điện điện sinh hoạt. Các tấm pin năng lượng mặt trời được gắn dưới mặt đất hoặc trên các công trình để hấp thụ năng lượng nhiệt từ mặt trời và nó được chuyển thành nhiệt hoặc năng lượng điện. Việc lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời sao cho năng lượng hấp thụ là tối ưu nhất  xác định bằng việc sử dụng các dữ liệu LiDAR để nhận diện khu vực có lượng nhiệt năng cũng như ánh sáng chiếu xuống sao cho là nhiều nhất có thể. Ví dụ như các tấm pin năng lượng mặt trời thường được nắp ở phía nam của mái nhà.

24. Không gian chiếu sáng

Mỗi chủ sở hữu nhà cần có không gian sử dụng ánh sáng, các loại vật liệu xây dựng và các công trình khác cần phải được thiết kế sao cho không chặn mất ánh sáng. Các dữ liệu LiDAR có thể chụp được mô hình 3D của tòa nhà, thông qua các công cụ GIS được sử dụng để tạo ra bản đồ khu vực bóng dâm và chiếu sáng trong thời gian cụ thể trong ngày.

25. Tính toán lượng băng tan

LIDAR được cũng được sử dụng để tính toán sự thay đổi của sông băng hoặc sự biến đổi của các khối băng ở Nam cực. Các ảnh LIDAR sẽ được chụp theo chuỗi thời gian để đánh giá và xem sự thay đổi diễn ra. Các dữ liệu sẽ được thu thập lại sẽ giúp các nhà khoa học biết được diện tiichs khối lượng và thể tích băng bị đổi.