Giải pháp cho những khó khăn của khảo sát địa hình

Quét 3D Laser Scanning trong khảo sát địa hình

Đặt vấn đề

Tập đoàn DeWalt đã được yêu cầu khảo sát địa hình cho các công trình tại một thành phố thuộc miền Nam California. Thành phố này gần đây đã hợp tác với công ty năng lượng tái tạo. Nhằm lắp đặt bãi đỗ xe và mái nhà ghép bằng tấm năng lượng mặt trời cho hàng chục công trình công cộng xung quanh thành phốnhư: công viên, thư viện, sở cảnh sát….

Tổng cộng có 19 công trình cần khảo sát hạ tầng ngầm và 8 công trình cần khảo sát mái. Một số công trình thấp tầng phân tán được thực hiện bằng công nghệ GPS và công nghệ truyền thống. Tuy nhiên một số khác – như 2 tòa nhà tại trung tâm thành phố. Chúng bị bao quanh bởi cây cối, xe cộ và xung quanh hầu hết là các công trình cao hơn. Đây là thách thức thực sự cho đội khảo sát.

Với phương pháp khảo sát truyền thống. Một đội khảo sát chỉ đo được mỗi lần 1 điểm. Và điểm đo này cần được ghi chú rõ ràng cho quá trình nối vẽ sau này. Đặc biệt khảo sát địa hình theo tiêu chuẩn ALTA (American Land Tiles Association). Một loại tiêu chuẩn đo đạc đất đai của Mỹ). Mỗi dự án thường có tới hàng ngàn điểm đo, chưa kể tới nhiều loại ghi chú điểm khác nhau.

Một khó khăn nữa là sự thông suốt giữa khảo sát ngoại nghiệp và nối vẽ nội nghiệp. Những điểm chi tiết quan trọng được ghi chú bởi người đo vẽ ngoại nghiệp. Có thể sẽ không quan trọng trong mắt người nối vẽ nội nghiệp.

Thêm nữa, một sự thật là mọi khách hàng đều có yêu cầu giống nhau. Đó là hạn chế sự sai khác giữa dữ liệu đo đạc và tài liệu giao nộp. Các công ty khảo sát do đó phải đối mặt với nguy cơ khảo sát thừa, thiếu địa vật. Hoặc xác định nhầm đối tượng khảo sát, do không hiểu rõ yêu cầu của khách hàng.

Giải pháp cho việc khảo sát địa hình

Việc đo đạc thông thường phải thu thập số liệu bằng máy toàn đạc kết hợp với hệ thống GPS. Tuy nhiên, với dự án đặc thù như thế này cần một giải pháp khác.

Nhằm mục đích thu thập được toàn bộ mọi chi tiết của tòa nhà. Vi dụ như: phần mái và địa vật xung quanh trong bán kính 8m. DeWalt đã sử dụng máy quét 3D lasers canning  FARO Focus 3D X330. Để thu thập mọi dữ liệu như thật tới cho người xử lý nội nghiệp. Ở tầm gần, máy quét 3D laser có thể thu tới 1 triệu điểm mỗi giây. Họ có thể thu thập toàn bộ hiện trạng công trình. Và tiếp cận mọi kích thước một cách chính xác, màu sắc thật và độ chi tiết cao.

Với việc sử dụng máy quét 3D lasser scanning Faro Focus X330 như một công cụ khảo sát. Họ đối mặt với hai trở ngại, tuy nhiên cả hai đều không khó để giải quyết. Thứ nhất là tiệm cận với độ chính xác đo đạc thông thường với đám mây điểm. Và gắn khối mây điểm đó với hệ tọa độ có trước. Thứ hai là dễ dàng nối vẽ từ đám mây điểm.

Để giải quyết vấn đề đầu tiên, họ vẫn cần một số phương pháp khảo sát truyền thống. Do khu đo bị bao quanh bởi các công trình cao tầng. Điều đó gây ảnh hưởng tới tín hiệu vệ tinh, và lưới khống chế khu vực. Chúng được thành lập dựa trên các mốc có sẵn bằng máy toàn đạc. DeWalt dựa vào mốc ranh giới và đưa tọa độ trực tiếp về các trạm quét 3D laser scanning .

Dữ liệu đã ghép thể hiện toàn bộ mặt bằng khảo sát (dữ liệu mặt đất – không quét phần mái)

Một mạng lưới các điểm khống chế được bố trí quanh công trường. Sau đó, đo nối tọa độ sao cho có thể dễ dàng nhận biết từ vị trí các trạm quét. Dựa vào đó các trạm đo được ghép chính xác vào vị trí của nó.

Đội khảo sát đơn giản chỉ cần xác định trước hướng đo tiếp the. Chắc chắn rằng mỗi trạm đo đều có phần chồng lên trạm đo kế đó. Vị trí trạm đo cần được đặt sao cho bao quát toàn bộ khu vực cần khảo sát.

Sau đó file quét 3D laser được ghép trạm với nhau để tạo thành mây điểm (point cloud). Những mây điểm này được dùng để nối vẽ. Đầu tiên file scan được ghép nối trên phần mềm SCENE bằng chức năng cloud-to-cloud (ghép mây điểm trực tiếp). Phương pháp này sử dụng những điểm chung từ file quét khởi đầu cho file tiếp theo. Tiếp đó là xác định vị trí tương quan của từng file quét so với các trạm gần nó.

Khi toàn bộ mây điểm được ghép nối chặt chẽ với nhau. Chúng được nối với hệ tọa độ bằng những điểm mục tiêu đã được đo bằng máy toàn đạc. Đây là bước cuối cùng của công tác ghép nối trạm quét vào lưới khống chế. Bằng phương pháp chặt chẽ này. Họ có thể liên kết đường ranh giới với hàng triệu điểm dữ liệu. Mỗi điểm trong đó đều có kích thước thực tế và màu thực.

Từ đây, ngay trên phần mềm SCENE. Người dùng có thể nối vẽ trực tiếp sang AutoCAD Civil 3D bằng chức năng DrawToAutoCAD. Hoặc có thể sử dụng tính năng xem bao quát 360 độ như đang đứng tại vị trí đặt máy. Điều này giúp xác định tất cả các địa vật cần thiết.

Chức năng nhìn bao quát từ file quét 3D Laser

Dưới tầm nhìn với cây cối bao quanh và bị che khuất bởi tòa nhà. Việc sử dụng GPS là bất khả thi. Với rất nhiều tiện ích thu thập chỉ trong thời gian ngắn. Mọi dữ liệu đều được thu thập thay vì chỉ một số địa vật đại diện thu thập bởi đội khảo sát. Bằng cách sử dụng máy quét laser thay vì toàn đạc. Bạn không còn phải lo lắng vì thiếu địa vật hay mất điểm đo. Thay vào đó mọi dữ liệu thực tế đều được lưu lại. Và chỉ còn việc nối vẽ trong phòng theo yêu cầu của khách hàng.

Kết quả 

DeWalt đã nhận được rất nhiều lợi thế khi sử dụng dịch vụ quét 3d lase cho khảo sát địa hình trong dự án này.

• An toàn:

Với bất cứ dự án nào, khi cần tiếp cận địa vật khó tiếp cận, gây nguy hiểm – an toàn luôn được đặt lên hàng đầu đặc biệt với những dự án tại trung tâm thành phố. Đội đo phải lưu ý tới giao thông đông đúc, hoạt động xây dựng xung quanh, những dự án sửa chữa đường – nó gây khó khăn rất nhiều tới công tác khảo sát. Bằng cách sử dụng thiết bị có khả năng thu thập dữ liệu cần thiết từ khoảng cách xa, công việc an toàn hơn.

• Thời gian:

Phương pháp quét laser không chỉ giúp giảm giá thành cho khách hàng mà còn tăng thêm dữ liệu thu được với mỗi trạm máy. Mỗi trạm máy chỉ mất khoảng 6 phút với cấu hình tiêu chuẩn, trong thời gian này khách hàng sẽ có được vỉa hè, góc nhà, giải phân cách… và hầu hết mọi địa vật nhìn thấy trong phạm vi 300m. Giả sử mọi thứ đều phẳng diện tích đo được là khoảng 28 Ha. Kể cả khi khoảng cách đo còn 30m để có độ chi tiết cao hơn, diện tích đo được vẫn vào khoảng 2800 m2 mỗi trạm.

Với những dự án cần đo nhiều điểm mà không bị khuất bởi chướng ngại vật, quét 3d laser scanning sẽ là một giải pháp tối ưu. Với dự án này, một vài vị trí dọc đường bị chắn mất, DeWalt phải sử dụng thêm máy toàn đạc, khi đó thời gian ngoại nghiệp bị tăng thêm tới 50%.

Bản đồ chuẩn ALTA hoàn thiện. Những địa vật như cầu thang ngoài gần như không thể đo bằng phương pháp GPS hay mất rất nhiều trạm đo với toàn đạc điện tử. Những kết cấu phức tạp hay địa vật không thể tiếp cận có thể dễ dàng vẽ lại chính xác với những cú nhấp chuột . Người đo không còn phải giải thích những ghi chú hay ghi chép lại những dòng code đơn điệu.

• Lợi ích kinh tế:

Quét laser cho phép công tác đo đạc hiện trường nhanh hơn, và với những dự án ngắn ngày như thế này, thời gian chính là tiền bạc.Những yếu tố cân nhắc bao gồm cả 2 yếu tố trên: an toàn, thời gian cũng như yếu tố tài chính. Dự án này đã giúp DeWalt cải thiện thu nhập cho những người đo đạc ngoại nghiệp, như đã nói trên khi mọi địa vật được quét bằng côn nghệ  3D laser scanning, chúng tôi tiết kiệm được 50%.

• Giải pháp thu thập số liệu thực toàn diện:

Bằng phương pháp quét 3D laser scanning cho khảo sát địa hình, khách hàng không chỉ nhận được số liệu đầy đủ hơn mà đội khảo sát cũng không phải quay lại hiện trường. Nếu một người nối vẽ lo ngại về ghi chú điểm hay địa vật không rõ ràng, họ giờ đây có thể bước vào thế giới thực tế ảo để xem xét. Bằng phương pháp quét laser, bạn không còn lo sót điểm hay thiếu địa vật. Ngay cả khi bị thay đổi yêu cầu phải thu thập thêm những địa vật mới, chúng ta đơn giản chỉ cần mở pointcloud và vẽ thêm. Chỉ cần yêu cầu đó không đòi hỏi mở rộng phạm vi khảo sát, bạn sẽ không cần phải quay lại hiện trường

Góc nhìn toàn cảnh ở đường phốcủa file quét 3D laser scanning. Bất kỳ hay toàn bộ địa vật đều được xác định rõ và chuyển tọa độ trực tiếp sang AutoCAD Civil 3D. Thực vật, cây cối, cột đèn, bó vỉa, cống thoát, mương hay thậm chí các chi tiết mặt đứng đều được thu thập chính xác.

Bài viết gốc tại:3D laser Scanning – A laser scanning solution for challenging topographic surveys

VMT Solutions tự hào là đơn vị tiên phong cung cấp dịch vụ quét 3D Laser hiện trạng trọn gói tại thị trường Việt Nam. Quy trình khảo sát bằng máy quét 3D laser của VMT Solutions, sẽ giúp thu thập toàn bộ dữ liệu trong quá trình xây dựng mà không gây bất kỳ sự gián đoạn nào.