Ứng dụng thiết bị tự hành thu thập dữ liệu tài nguyên và môi trường

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trong ngành đo đạc bản đồ, nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Ðo đạc và Bản đồ, Bộ Tài Nguyên và Môi trường thiết kế, chế tạo thiết bị bay không người lái và xuồng không người lái nhằm phục vụ công tác thu thập số liệu tại những khu vực khó tiếp cận.

Trưởng nhóm nghiên cứu Lưu Hải Âu cùng các thiết bị do nhóm nghiên cứu thành công.

Năm 2014, khi việc ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV) trong dân sự còn rất mới mẻ, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Tin học Trắc địa và Bản đồ, Viện Khoa học Ðo đạc và Bản đồ (Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã chủ động tìm hiểu, nghiên cứu và phát triển thiết bị ứng dụng vào thực tế.

Trên cơ sở các đề tài nghiên cứu cấp bộ về chế tạo các hệ thống định vị vệ tinh, xác định vị trí đo theo công nghệ trạm tham chiếu ảo (GNSS-VRS), phần mềm xử lý dữ liệu định vị theo công nghệ trạm tham chiếu ảo trên thiết bị bay không người lái, thiết kế, chế tạo các hệ thống xe tự hành (AGV-Survey), phần mềm điều khiển và xử lý thiết bị đo sâu hồi âm và xuồng không người lái (USV-Survey)..., nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công hệ thống thiết bị chuyên dụng, gồm hệ thống robot trên không, trên mặt đất và dưới nước, cùng các cảm biến camera, laser, đo sâu hồi âm giúp đo đạc và thành lập bản đồ địa hình và điều tra các đối tượng thông tin địa lý tỷ lệ lớn trên mặt đất, trên không và dưới nước.

Thạc sĩ Lưu Hải Âu, Giám đốc Trung tâm Tin học Trắc địa và Bản đồ, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, lúc đầu, nhóm nhập thiết bị tự hành của Thụy Sĩ về để nghiên cứu việc thành lập bản đồ. Tuy nhiên, các thiết bị nhập khẩu rất đắt tiền, mỗi lần bị hỏng lại phải gửi sang hãng để sửa chữa, tốn kém và phải chờ đợi nhiều thời gian.

Trong khi đó, nhu cầu thành lập bản đồ cần thời gian nhanh hơn, độ chính xác cao hơn. Ý tưởng cải tiến các thiết bị bay mô hình giá rẻ thành thiết bị bay không người lái chuyên dụng, phục vụ tự động hóa công tác thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn và điều tra dữ liệu cơ bản về tài nguyên và môi trường.

Sau nhiều năm nghiên cứu, đến năm 2018, nhóm đã chế tạo thành công năm phiên bản máy bay cánh cứng cất cánh thẳng đứng. Máy bay kích thước lớn nhất có sải cánh 2,4m, bay được 110 phút với tốc độ 80km/giờ. Phần vỏ thiết bị được nhập khẩu, còn công nghệ và hệ thống phần mềm thiết bị bay được làm chủ hoàn toàn trong nước.

Thiết bị này có thể chuyển từ chế độ phóng sang cất cánh thẳng đứng dạng cánh cứng, giúp nâng cao hiệu quả mà không cần đường băng. Cải tiến này giúp an toàn hơn ở các địa hình khó như rừng, đô thị.

Thiết bị đã được ứng dụng trong các dự án bay chụp ảnh và đo sâu hồi âm trên xuồng không người lái đánh giá trữ lượng bụi thải Nhà máy nhiệt điện Mông Dương 2 (Quảng Ninh); bay chụp và quét địa hình cho dự án đường cao tốc Ninh Hòa-Ban Mê Thuột (tháng 10/2021); bay chụp và lập bản đồ khu vực sụt trượt thuộc khu vực huyện Hướng Hóa, Quảng Trị; điều tra thành lập bản đồ và cơ sở dữ liệu đất ngập nước vùng tứ giác Long Xuyên...

Thạc sĩ Lưu Hải Âu chia sẻ, thực tế công việc cho thấy, các thiết bị hoạt động đơn lẻ sẽ mất rất nhiều thời gian thu thập dữ liệu. Vì vậy, nhóm nghiên cứu tiếp tục cải tiến thiết bị bay không người lái cánh cứng cất cánh thẳng đứng và xuồng không người lái đo sâu hồi âm nâng cấp từ hoạt động độc lập lên chuẩn tự hành.

Các thiết bị này có thể hoạt động độc lập hoặc cùng thực hiện công việc giống nhau trên một phần mềm điều khiển duy nhất, sau đó tự động gửi dữ liệu về hệ thống server trung tâm.

Ở lần cải tiến này, nhóm nghiên cứu đã tận dụng từ thân vỏ của thiết bị bay mô hình, sau đó tự phát triển phần mềm dựa trên nhu cầu thực tế của ngành đo đạc bản đồ và điều tra dữ liệu tài nguyên và môi trường. Thay vì bay đơn lẻ, các thiết bị có thể bay cùng lúc nhiều thiết bị cùng thực hiện nhiệm vụ công việc giống nhau.

Cuối tháng 2-2022, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm bay quét bề mặt địa hình trên thiết bị bay không người lái để thành lập bản đồ địa hình tại khu vực tỉnh Hà Tĩnh và Quảng Bình. Với bốn thiết bị bay chiều dài 20km trên diện tích 4.000ha, nhóm nghiên cứu chỉ thực hiện trong một ngày với 5 giờ bay chụp và quét đồng thời.

Thạc sĩ Lưu Hải Âu cho biết: "Nếu bay độc lập như trước đây sẽ cần thời gian 10 ngày, đó là chưa kể phụ thuộc thời tiết mưa, gió lớn không bay được. Khi bay cùng lúc, các thiết bị bay không người lái này chỉ cần một người vận hành, toàn bộ dữ liệu sẽ được tự động gửi về hệ thống theo thời gian thực".

Thiết bị bay kiểu riêng lẻ nhưng có khả năng bay kết hợp cùng lúc nhiều thiết bị đã được nhóm chế tạo thành công, chi phí rẻ hơn rất nhiều so với thiết bị bay kiểu riêng lẻ nhập ngoại. Sản phẩm góp phần giải quyết bài toán thi công đo đạc bản đồ và điều tra dữ liệu tài nguyên và môi trường cho các khu vực, trong đó đặc biệt là các vùng khó khăn như: Biên giới, hải đảo, vùng biển, sông, suối giáp ranh, chồng lấn và vùng có địa hình chia cắt mà con người không tiếp cận được. Sản phẩm tạo ra hiệu quả kinh tế cao, đẩy nhanh tiến độ thi công, giảm phụ thuộc vào địa hình, thời tiết.