Drone khảo sát và lập bản đồ: Quy trình và ứng dụng thực tế

1. Drone khảo sát và lập bản đồ là gì?

Drone khảo sát và lập bản đồ là thiết bị bay không người lái được sử dụng để thu thập hình ảnh hoặc dữ liệu không gian từ trên cao, phục vụ việc phân tích địa hình, đo đạc, xây dựng bản đồ và quản lý công trình.

Thay vì chỉ quan sát khu vực từ mặt đất, đội ngũ khảo sát có thể sử dụng drone để ghi lại hình ảnh trên diện rộng, sau đó xử lý dữ liệu bằng phần mềm chuyên dụng nhằm tạo ra bản đồ, mô hình địa hình hoặc mô hình 3D.

Tùy theo mục tiêu dự án, hệ thống khảo sát có thể sử dụng camera thông thường, camera đo ảnh chuyên dụng, cảm biến LiDAR hoặc các thiết bị định vị có độ chính xác cao như RTK và PPK.

Theo DJI Enterprise, dữ liệu thu thập từ drone có thể được sử dụng cho đo đạc địa hình, lập bản đồ 2D, mô hình 3D, khảo sát công trình và nhiều ứng dụng địa không gian khác.

Điểm quan trọng là drone không tự động tạo ra bản đồ đo đạc hoàn chỉnh chỉ bằng một chuyến bay. Chất lượng sản phẩm cuối cùng còn phụ thuộc vào thiết bị, phương pháp thu thập dữ liệu, hệ tọa độ, phần mềm xử lý và quy trình kiểm tra độ chính xác.

2. Drone có thể tạo ra những sản phẩm bản đồ nào?

Tùy thiết bị và phương pháp xử lý, dữ liệu khảo sát bằng drone có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau.

2.1. Bản đồ trực giao 2D

Bản đồ trực giao là sản phẩm được tạo từ nhiều ảnh chụp trên không, xử lý và ghép lại thành một hình ảnh có hiệu chỉnh hình học.

Khác với ảnh chụp đơn lẻ, bản đồ trực giao được xử lý để giảm ảnh hưởng của góc chụp và biến dạng hình học, giúp thể hiện khu vực khảo sát theo tỷ lệ và vị trí không gian phù hợp với mục đích sử dụng.

Sản phẩm này thường được sử dụng để quan sát hiện trạng khu đất, theo dõi tiến độ công trình, lập phương án quy hoạch sơ bộ và so sánh sự thay đổi giữa các thời điểm.

2.2. Mô hình số bề mặt và mô hình địa hình

Mô hình số bề mặt (DSM) thể hiện độ cao của bề mặt được ghi nhận, có thể bao gồm công trình, cây cối và các vật thể trên mặt đất.

Mô hình địa hình số (DTM) hướng đến việc thể hiện địa hình mặt đất sau khi xử lý hoặc loại bỏ các đối tượng phía trên theo phương pháp phù hợp.

Hai sản phẩm không hoàn toàn giống nhau. Việc tạo DTM có chất lượng tốt trong khu vực có cây cối dày đặc hoặc địa hình phức tạp có thể cần thêm dữ liệu và phương pháp xử lý chuyên biệt.

2.3. Mô hình 3D và đám mây điểm

Từ ảnh chụp nhiều góc độ hoặc dữ liệu LiDAR, hệ thống có thể xây dựng mô hình 3D và đám mây điểm thể hiện hình dạng, vị trí tương đối và cấu trúc của khu vực khảo sát.

Các sản phẩm này có thể hỗ trợ đo đạc thể tích, quan sát địa hình, kiểm tra hiện trạng công trình hoặc tích hợp vào quy trình thiết kế và quản lý tài sản.

2.4. Dữ liệu phục vụ tính toán khối lượng

Trong xây dựng và khai thác mỏ, dữ liệu khảo sát có thể được sử dụng để ước tính thể tích đống vật liệu, theo dõi khối lượng đất đào đắp và so sánh sự thay đổi địa hình giữa các thời điểm.

Để kết quả có giá trị kỹ thuật, cần bảo đảm phương pháp đo, hệ tọa độ, dữ liệu đầu vào và quy trình kiểm tra đáp ứng yêu cầu của dự án.

Nguồn tham khảo: DJI Enterprise – Drone Surveying.

3. Những ứng dụng thực tế của drone khảo sát và lập bản đồ

3.1. Khảo sát địa hình và quản lý đất đai

Drone có thể thu thập hình ảnh trên diện rộng, hỗ trợ khảo sát hiện trạng khu đất, nhận diện địa vật và xây dựng dữ liệu nền phục vụ công tác quy hoạch hoặc quản lý.

Đối với những khu vực rộng, địa hình phức tạp hoặc khó tiếp cận, phương pháp này có thể giúp đội khảo sát thu thập dữ liệu trực quan nhanh hơn so với việc chỉ quan sát từ mặt đất.

Tuy nhiên, cần phân biệt dữ liệu ảnh phục vụ tham khảo với sản phẩm đo đạc, bản đồ địa chính hoặc hồ sơ có yêu cầu pháp lý. Những công việc chuyên ngành phải đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật và điều kiện hành nghề, cấp phép hoặc yêu cầu pháp lý tương ứng.

3.2. Khảo sát và theo dõi tiến độ xây dựng

Tại công trường xây dựng, drone có thể được sử dụng để chụp ảnh hiện trạng theo từng giai đoạn, tạo bản đồ trực giao và mô hình 3D phục vụ theo dõi tiến độ.

Khi thực hiện khảo sát lặp lại theo lịch trình phù hợp, đơn vị quản lý có thể so sánh dữ liệu giữa các thời điểm để xác định khu vực đã thi công, vị trí có thay đổi và những hạng mục cần kiểm tra thêm.

Dữ liệu drone cũng có thể hỗ trợ trao đổi giữa chủ đầu tư, tư vấn thiết kế, nhà thầu và đội ngũ quản lý công trường.

3.3. Đo đạc khối lượng đất đá trong khai thác mỏ

Trong khai thác mỏ và quản lý bãi vật liệu, việc xác định thể tích đống đất, đá hoặc vật liệu tồn kho là nhu cầu thường xuyên.

Drone có thể thu thập dữ liệu bề mặt, sau đó phần mềm xây dựng mô hình 3D để tính toán thể tích theo ranh giới và mặt tham chiếu được xác định.

Ưu điểm của phương pháp này là có thể thu thập dữ liệu định kỳ và giảm nhu cầu đưa nhân sự đến một số vị trí khó tiếp cận. Tuy nhiên, kết quả vẫn cần được kiểm tra theo phương pháp đo và tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án.

3.4. Khảo sát tuyến đường và công trình hạ tầng

Với các dự án đường bộ, kênh mương, đường dây hoặc tuyến công trình kéo dài, drone có thể hỗ trợ thu thập hình ảnh dọc tuyến, ghi nhận hiện trạng và phát hiện những khu vực cần khảo sát chi tiết.

Đối với tuyến đường dài, việc lập kế hoạch bay theo hành lang giúp dữ liệu được thu thập có hệ thống hơn. Tùy mục đích, đội khảo sát có thể kết hợp ảnh quang học, dữ liệu định vị và cảm biến chuyên dụng.

3.5. Giám sát sạt lở và biến động địa hình

Drone có thể được sử dụng để ghi nhận hiện trạng sườn dốc, bờ sông, khu vực có nguy cơ sạt lở hoặc địa điểm chịu tác động của thiên tai.

Khi có dữ liệu từ nhiều thời điểm với phương pháp thu thập và hệ tọa độ tương thích, đơn vị chuyên môn có thể so sánh sự thay đổi của bề mặt để hỗ trợ đánh giá hiện trạng.

Drone không thay thế hoàn toàn công tác địa chất, khảo sát hiện trường hoặc hệ thống quan trắc chuyên dụng. Trong các khu vực có nguy cơ cao, dữ liệu cần được đánh giá bởi chuyên gia có chuyên môn phù hợp.

3.6. Hỗ trợ quy hoạch đô thị và quản lý tài nguyên

Dữ liệu không gian từ drone có thể hỗ trợ cập nhật hiện trạng khu vực, quan sát mật độ xây dựng, theo dõi biến động bề mặt và bổ sung thông tin cho các hệ thống thông tin địa lý.

Đối với các dự án quy hoạch hoặc quản lý tài nguyên, drone là một nguồn dữ liệu bổ sung. Việc tích hợp vào hệ thống bản đồ và cơ sở dữ liệu chuyên ngành cần bảo đảm tính tương thích về hệ tọa độ, độ chính xác và định dạng dữ liệu.

Xem thêm bài viết: Ứng dụng của thiết bị bay không người lái trong thực tế.

4. Quy trình khảo sát và lập bản đồ bằng drone

Để tạo ra dữ liệu có giá trị sử dụng, quy trình khảo sát bằng drone thường bao gồm các giai đoạn từ xác định yêu cầu, lập kế hoạch bay, thu thập dữ liệu đến xử lý và kiểm tra sản phẩm đầu ra.

Bước 1: Xác định mục tiêu khảo sát

Trước tiên, cần làm rõ mục đích của dự án. Đó có thể là lập bản đồ hiện trạng, đo khối lượng đất đá, khảo sát địa hình, theo dõi tiến độ xây dựng hoặc xây dựng mô hình 3D.

Mỗi mục tiêu sẽ có yêu cầu khác nhau về độ phân giải ảnh, độ chính xác tọa độ, loại cảm biến và phương pháp xử lý dữ liệu.

Bước 2: Khảo sát khu vực và lập kế hoạch bay

Đơn vị thực hiện cần xác định ranh giới khu vực, địa hình, vật cản, điều kiện ánh sáng, gió và những hạn chế có thể ảnh hưởng đến chuyến bay.

Kế hoạch bay cần lựa chọn độ cao, đường bay, góc chụp và độ chồng lấp ảnh phù hợp với loại sản phẩm cần tạo. Không nên sử dụng một bộ thông số cố định cho mọi dự án vì yêu cầu khảo sát địa hình, mô hình 3D và chụp ảnh hiện trạng có thể khác nhau.

Bước 3: Chuẩn bị hệ thống định vị và điểm kiểm soát

Tùy yêu cầu độ chính xác, dự án có thể sử dụng RTK, PPK hoặc các điểm khống chế mặt đất (GCP).

• RTK: Sử dụng thông tin hiệu chỉnh định vị theo thời gian thực để cải thiện độ chính xác tọa độ.
• PPK: Xử lý dữ liệu định vị sau chuyến bay để hiệu chỉnh vị trí.
• GCP: Các điểm có tọa độ được xác định bằng phương pháp đo phù hợp, dùng để hỗ trợ định vị và hiệu chỉnh mô hình.
• Điểm kiểm tra độc lập: Dùng để đánh giá chất lượng và độ chính xác của sản phẩm sau xử lý.

Không phải dự án nào cũng bắt buộc sử dụng tất cả các phương pháp trên. Việc lựa chọn cần căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật, thiết bị, phần mềm và tiêu chuẩn nghiệm thu của dự án. RTK hoặc PPK cũng không đồng nghĩa với việc kết quả luôn đạt độ chính xác mong muốn nếu quy trình đo và xử lý chưa phù hợp.

Bước 4: Thu thập dữ liệu trên không

Sau khi kiểm tra thiết bị và điều kiện hoạt động, người vận hành thực hiện nhiệm vụ bay theo kế hoạch đã lập.

Trong quá trình thu thập, cần theo dõi trạng thái thiết bị, chất lượng hình ảnh, dữ liệu định vị và các cảnh báo. Với dự án đòi hỏi độ chính xác cao, việc kiểm tra chất lượng dữ liệu ngay tại hiện trường giúp giảm nguy cơ phải bay bổ sung.

Bước 5: Xử lý dữ liệu bằng phần mềm chuyên dụng

Ảnh hoặc dữ liệu cảm biến sau khi thu thập được đưa vào phần mềm để xử lý. Với phương pháp đo ảnh quang học, phần mềm nhận diện các đặc trưng chung giữa những ảnh chồng lấp, tính toán hình học và xây dựng mô hình không gian.

Tùy phần mềm và dữ liệu đầu vào, sản phẩm có thể gồm bản đồ trực giao, mô hình số bề mặt, đám mây điểm và mô hình 3D.

Ví dụ, DJI Terra hỗ trợ xử lý dữ liệu để tạo bản đồ 2D và mô hình 3D từ ảnh drone. <Cite refs={[“turn207387search5″,”turn207387search36”]}/>

Bước 6: Kiểm tra chất lượng và bàn giao

Trước khi bàn giao, cần kiểm tra phạm vi bao phủ, các vùng thiếu dữ liệu, lỗi ghép ảnh, hệ tọa độ, độ chính xác và định dạng đầu ra.

Nếu sản phẩm được dùng cho công tác đo đạc chuyên ngành, nghiệm thu công trình hoặc hồ sơ pháp lý, quy trình kiểm tra phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và quy định áp dụng cho loại sản phẩm đó.

5. Nên sử dụng drone nào để khảo sát và lập bản đồ?

Không có một dòng drone phù hợp cho mọi dự án. Lựa chọn thiết bị cần dựa trên quy mô khu vực, loại dữ liệu cần thu thập và yêu cầu độ chính xác.

Drone đa cánh quạt

Drone đa cánh quạt thường có ưu thế về khả năng cất hạ cánh tại khu vực hẹp, linh hoạt khi triển khai và phù hợp với nhiều dự án khảo sát công trình hoặc khu đất có quy mô vừa và nhỏ.

Đây là phương án đáng cân nhắc khi dự án yêu cầu thu thập hình ảnh chi tiết, bay theo nhiều góc hoặc thường xuyên di chuyển giữa các công trường.

Drone cánh bằng

Drone cánh bằng có thể phù hợp với những nhiệm vụ cần khảo sát diện tích lớn hoặc tuyến dài, tùy thiết kế và cấu hình thiết bị.

Tuy nhiên, đơn vị khai thác cần xem xét thêm không gian cất hạ cánh, quy trình vận hành, loại cảm biến và điều kiện địa hình thực tế.

Drone tích hợp RTK hoặc PPK

Khi yêu cầu về vị trí địa lý và độ chính xác cao hơn, có thể cân nhắc nền tảng tích hợp RTK hoặc hỗ trợ quy trình PPK.

Những công nghệ này cần được sử dụng cùng quy trình khảo sát, thiết lập hệ tọa độ và kiểm tra chất lượng phù hợp. Việc lựa chọn thiết bị chỉ dựa vào thông số RTK hoặc PPK là chưa đủ để bảo đảm sản phẩm đáp ứng yêu cầu đo đạc.

Drone sử dụng cảm biến LiDAR

LiDAR sử dụng tia laser để thu thập dữ liệu khoảng cách và xây dựng đám mây điểm. Tùy cấu hình, loại cảm biến này có thể hữu ích trong khảo sát địa hình phức tạp, quản lý rừng hoặc những dự án cần dữ liệu 3D chuyên sâu.

Chi phí đầu tư, yêu cầu xử lý dữ liệu và năng lực chuyên môn thường cao hơn so với quy trình chụp ảnh quang học thông thường. Do đó, nên lựa chọn LiDAR khi nhu cầu dự án thực sự cần đến những đặc tính của công nghệ này.

6. Ưu điểm và hạn chế của phương pháp khảo sát bằng drone

Nhìn chung, drone có thể cải thiện hiệu quả thu thập dữ liệu trong những trường hợp phù hợp. Tuy nhiên, hiệu quả kinh tế cần được đánh giá theo toàn bộ quy trình, bao gồm chuẩn bị, thu thập, xử lý, kiểm tra và bàn giao sản phẩm.

7. Những lưu ý khi triển khai khảo sát bằng drone tại Việt Nam

Khi thực hiện dự án tại Việt Nam, đơn vị khai thác cần xem xét cả yêu cầu về hoạt động bay và yêu cầu chuyên ngành đo đạc, bản đồ.

Trước khi triển khai, nên kiểm tra:

• Điều kiện pháp lý đối với thiết bị và hoạt động bay tại khu vực dự kiến.
• Các yêu cầu về cấp phép hoặc chấp thuận, khu vực cấm bay và hạn chế bay nếu có.
• Quy định về an ninh, quyền riêng tư và việc thu thập dữ liệu hình ảnh.
• Yêu cầu chuyên môn, điều kiện hoạt động và tiêu chuẩn kỹ thuật đối với sản phẩm đo đạc, bản đồ.
• Yêu cầu về hệ tọa độ, độ chính xác, kiểm tra chất lượng và định dạng bàn giao.

Đặc biệt, ảnh chụp từ drone hoặc bản đồ trực giao phục vụ quan sát hiện trạng không mặc nhiên thay thế bản đồ địa chính, hồ sơ ranh giới pháp lý hay sản phẩm đo đạc được nghiệm thu theo quy định.

Đối với dự án chuyên ngành, cần xác minh quy định hiện hành và yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền trước khi thực hiện. Có thể bắt đầu tra cứu tại Cổng thông tin văn bản Chính phủ.