LiDAR Point Cloud là tập hợp các điểm được tạo ra bởi cảm biến. Các tệp như vậy có thể rất dày đặc và chứa hàng tỷ điểm, cho phép tạo ra các hiển thị kiểu 3D có độ chi tiết cao về một khu vực. LiDAR Point Cloud thường được sử dụng trong các ứng dụng như giám sát môi trường, lập bản đồ, quy hoạch đô thị, giám sát cơ sở hạ tầng, …v.v

Point Cloud là một loại đám mây điểm cụ thể, chúng được tạo bằng xung laser để đo khoảng cách đến các vật thể và tạo ra các hiển thị kiểu 3D của môi trường xung quanh. Các xung laser này bắt nguồn từ thiết bị LiDAR (còn được gọi là máy quét laser 3D).

Ngoài thiết bị LiDAR, các loại đám mây điểm khác có thể được tạo bằng các công nghệ và phương pháp khác nhau như photogrammetric, sóng siêu âm, radar, cùng nhiều loại khác.

Các lợi ích mà LiDAR Point Cloud mang lại

LiDAR Point Cloud mang lại nhiều lợi ích khác nhau trong các lĩnh vực khác nhau:

• Chúng hiển thị chính xác vị trí và hình dạng của các vật thể bên trong môi trường. Dữ liệu 3D có độ chính xác cao như vậy rất cần thiết cho các ứng dụng khảo sát và lập bản đồ;
• Vì dữ liệu được ghi lại ở dạng 3D nên thuận lợi cho việc hiển thị và phân tích 3D về môi trường được khảo sát, chẳng hạn như để khảo sát công trình xây dựng hiện trạng, tạo bản sao kỹ thuật số (digital twin);
• Chúng chứa đầy đủ thông tin hình học, tạo điều kiện cho việc phân tích và mô hình hóa chi tiết về địa hình, cơ sở hạ tầng và các đặc điểm tự nhiên;
• Chúng cho phép nhận dạng và phân loại đối tượng tự động để có thể xác định và phân loại các đặc điểm địa vật như tòa nhà, đường giao thông và cơ sở hạ tầng.

Một đặc điểm độc đáo của công nghệ LiDAR là một xung laser phát ra có thể có nhiều phản xạ khi nó gặp và tương tác với nhiều bề mặt dọc theo đường đi của nó. Dựa trên thứ tự phát hiện, hệ thống LiDAR có thể phân biệt giữa các lần trả về khác nhau.

Từ đó, nó cung cấp thông tin có giá trị về cấu trúc, thành phần và địa hình của môi trường được khảo sát, phù hợp cho các ứng dụng như trong khảo sát lâm nghiệp, lập bản đồ thảm thực vật và bản đồ địa hình.

Những thông tin có trong LiDAR Point Cloud

Các điểm riêng lẻ trong đám mây điểm chứa thông tin như tọa độ 3D (X, Y và Z), nhưng đó không phải là tất cả: cùng với tọa độ, cường độ tín hiệu phản hồi laser được ghi lại. Đây là thông tin có giá trị cho chúng ta biết thêm về mật độ của vật thể hoặc thành phần vật chất.

Ngoài ra, các điểm riêng lẻ có thể chứa các thuộc tính bổ sung như số lần trả về, góc quét, hướng quét, mật độ điểm, giá trị màu RGB và mốc thời gian.

Các loại hệ thống quét LiDAR khác nhau

Có nhiều loại hệ thống quét LiDAR khác nhau để tạo các đám mây điểm. Thông thường, người ta phân biệt giữa quét trên không và quét trên mặt đất.

• Airborne laser scanning: Quét laser trên không sử dụng máy bay có người lái để lập bản đồ các khu vực rộng lớn với độ cao lớn, và sử dụng máy bay không người lái chụp các khu vực nhỏ hơn gần mặt đất hơn.
• Terrestrial laser scanning: Quét laser trên mặt đất là triển khai máy quét laser tĩnh để chụp một khu vực, hoặc quét di động là thiết bị quét sẽ được cố định trên thiết bị chuyển động (chẳng hạn như ô tô) để chụp các khu vực lớn hơn.

Những loại hệ thống quét khác nhau này được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, quá trình tạo dữ liệu là tương tự nhau.

Cách tạo ra LiDAR Point Cloud

Trong quá trình bay, thiết bị quét LiDAR được trang bị các cảm biến phát ra lượng xung laser lớn. Khi các xung laser chạm vào các vật thể hoặc bề mặt trong môi trường, chúng sẽ phản xạ lại theo các hướng khác nhau. Các xung laser phản xạ được cảm biến phát hiện, tính toán khoảng cách giữa cảm biến và vật phản xạ xung bằng cách sử dụng tốc độ ánh sáng và thời gian để mỗi xung quay trở lại cảm biến.

Tiếp theo, khoảng cách đo được sẽ được sử dụng để tính tọa độ 3D cho từng điểm. Đám mây điểm đơn là tập hợp tất cả các điểm riêng lẻ đại diện cho hình dạng và sự phân bố không gian của các đối tượng trong vùng quét. Kết hợp với hệ thống GNSS và đơn vị đo lường quán tính (IMU) tích hợp trên thiết bị bay, thiết bị sẽ ghi lại thông tin bổ sung để theo dõi vị trí và hướng của nền tảng quét. Điều này là cần thiết để tham chiếu địa lý trực tiếp vào dữ liệu đã thu thập.

Khi sử dụng máy quét laser tĩnh trên mặt đất để quét môi trường xung quanh, có thể cần phải quét nhiều lần từ các vị trí hoặc góc nhìn khác nhau để chụp các vật thể và công trình lớn. Một tập dữ liệu đám mây điểm có thể chứa nhiều lần quét từ các góc nhìn khác nhau. Tất cả những điều này sẽ được hiển thị trong một đám mây điểm bằng cách sử dụng một hệ thống tham chiếu không gian duy nhất.

Các định dạng file LiDAR Point Cloud

Chúng có thể được lưu trữ ở nhiều định dạng tệp khác nhau, bao gồm LAS, LAZ hoặc E57. LAS là một trong những định dạng được sử dụng rộng rãi nhất để lưu trữ dữ liệu, trong khi LAZ là phiên bản nén của định dạng LAS. Điều này cho phép giảm kích thước tệp đáng kể trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác của dữ liệu. E57 là định dạng tệp trung lập với nhà cung cấp để lưu trữ dữ liệu hình ảnh 3D, bao gồm dữ liệu đám mây điểm.

Một số câu hỏi thường gặp

• Đám mây điểm LiDAR chứa bao nhiêu điểm?

Tổng số điểm trên mỗi tập dữ liệu có thể thay đổi từ hàng nghìn đến hàng tỷ điểm.

• Kích thước khu vực điển hình của đám mây điểm LiDAR là bao nhiêu?

Không có kích thước cố định đối với khu vực quét. Điều này phụ thuộc vào khu vực lựa chọn khảo sát.

• Kích thước tệp của đám mây điểm LiDAR là bao nhiêu?

Kích thước tệp phụ thuộc vào loại tệp đã chọn, cũng như khu vực khảo sát, mật độ điểm cũng như số lượng và độ phức tạp liên quan đến từng điểm trong đám mây điểm. Tùy thuộc vào các yếu tố này, một tệp có thể có dung lượng từ vài megabyte đến vài terabyte.

                                (Nguồn: https://onecadvn.com)