7. Lời cảm ơn
2.3 THIẾT BỊ BAY UAV
2.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống UAV
- Cấu tạo chung của hệ thống chụp ảnh bằng UAV bao gồm 4 phần chính: + Hệ thống máy bay;
+ Máy ảnh kỹ thuật số; + Trạm điều khiển mặt đất; + Trạm xử lý ảnh tạo mơ hình số.
Máy bay Máy ảnh kỹ thuật số Trạm điều khiển mặt đất Trạm xử lý ảnh
Hình 2. 4: Thiết bị bay chụp khơng người lái Phantom 3 Professional 2.3.2.1 Hệ thống máy bay (nguyên lý chung)
- Hệ thống máy bay bao gồm: Thân máy bay, trên máy bay được gắn các thiết bị cảm biến như đầu thu GPS, cảm biến tốc độ gió, cảm biến độ cao, cảm biến áp xuất, cảm biến cân bằng, bộ thu phát tín hiệu và pin cung cấp nguồn điện cho toàn bộ các thiết bị trên máy bay.
- Hệ thống truyền nhận dữ liệu (data link) đóng vai trị khá quan trọng cho UAV. Chính hệ thống này bảo đảm cho trạm điều khiển kết nối với máy bay và điều khiển các hoạt động của máy bay.. Nếu hệ thống này bị hỏng, trạm mặt đất sẽ mất liên lạc với máy bay và có thể lạc mất máy bay. Hệ thống này bao gồm bộ thu phát tín hiệu video do camera thu được và bộ truyền nhận dữ liệu, tín hiệu điều khiển máy bay.
- Hệ thống định vị (Navigation) dùng để xác định vị trí máy bay giúp cho việc định hướng máy bay cũng như xác định vị trí chính xác tâm ảnh. Độ chính xác của hệ thống định vị rất quan trọng để có thể điều khiển tự động cho máy bay. Ngoài hệ thống định vị vệ tinh thì trên máy bay thường được lắp thêm hệ thống định vị quán tính INS.
- Về cơ bản UAV là một hệ thống phức tạp, khi hoạt động nhiều thông số thay đổi liên tục phụ thuộc lớn vào biến động mơi trường (như sức gió, độ cao, sự biến động của các luồng khơng khí…) được xây dựng dựa trên:
+ Hệ thống cơ: các động cơ điều khiển hướng, điều khiển lực nâng của máy bay trong không gian…
+ Hệ thống các sensor phản hồi: tốc độ dịch chuyển, toạ độ của UAV trong không gian, quỹ đạo bay…
- Với những chiếc UAV tầm gần, việc điều khiển có thể thực hiện thơng qua sóng radio, tương tự như máy bay mơ hình mà ta hay thấy.
- Nhưng với những chiếc máy bay tầm xa thì khác, do điều kiện thời tiết, vật cản và cả độ cong của bề mặt trái đất mà tín hiệu radio khơng thể đi trực tiếp từ trạm đến máy bay được, chính vì thế người ta phải thông qua một vệ tinh trung gian nhằm đảm bảo tín hiệu vẫn đủ mạnh, khi đó máy bay mới có thể bay xa hàng trăm, hàng nghìn kilomet mà vẫn nằm trong tầm kiểm sốt.
2.3.2.2 Máy ảnh kỹ thuật số
- Thông thường các máy ảnh sử dụng để chụp ảnh mặt đất bằng UAV là các loại máy ảnh kỹ thuật số có kích thước nhỏ gọn, có tiêu cự cố định và khả năng lấy nét tự động.
- Một số máy ảnh sử dụng phổ biến như sau:
Máy ảnh Sony EXMOR 1/2.3”
- Quay Video 4K (lên đến 30 hình/giây) - Chụp ảnh 12 megapixels
- Chống rung và có 3 trục thăng bằng - Tiêu cự ống kính f/2.8
- Trường ống kính 94o
Hình 2. 5: Hệ thống máy ảnh Phantom 3 Professional
- Máy ảnh Sony EXMOR 1/2.3” được gắn đồng bộ trên thiết bị UAV còn máy ảnh Sony Nex5R thường dùng cho các loại máy UAV cánh bằng gắn rời khơng đồng bộ (do đó trong báo cáo chỉ liệt kê để biết và không tiến hành so sánh).
2.3.2.3 Trạm điều khiển mặt đất
khiển mặt đất gồm:
+ Máy tính bảng hoặc điện thoại thơng minh được cài đặt phần mềm lập trình bay và điều khiển bay. Đây là các phần mềm chuyên dụng để thiết kế bay, điều khiển bay và có thể lập kế hoạch vị trí hướng cất cánh, hạ cánh tại thực địa.
+ Máy tính bảng được kết nối với máy bay thơng qua bộ điều khiển có thiết bị thu phát tín hiệu.
+ Hệ thống điện - điều khiển: Thu thập dữ liệu từ sensor, tính tốn các thơng số an tồn, cân bằng, ổn định cho UAV để điều khiển hệ thống cơ dựa trên quỹ đạo (hoặc vùng bay) đã định trước, hoặc được điều khiển nhờ các tín hiệu phản hồi về các trạm trạm dữ liệu mặt đất.
+ Trạm điều khiển mặt đất (GCS) có khả năng giao tiếp thời gian thực với máy bay thông qua các hệ thống truyền nhận dữ liệu. Trạm mặt đất được dùng để theo dõi các trạng thái thực của máy bay, để theo dõi tín hiệu video do camera trên máy bay quay được. Ngoài ra, trạm điều khiển này cịn có chức năng điều khiển trực tiếp, can thiệp vào quá trình bay tự động của máy bay (lập trình, thay đổi quỹ đạo bay, chuyển đổi giữa hai chế độ bay tự động và bay điều khiển từ xa. Dữ liệu, các thơng số của chuyến bay có thể được lưu trữ trên máy bay hoặc truyền trực tiếp về trạm điều khiển để xử lý, lưu trữ. GCS có thể mơ phỏng lại các thơng số trạng thái đã lưu trữ để phân tích.
+ Hình ảnh một số thiết bị và phần mềm điều khiển UAV phổ biến ở Việt Nam
- Điều khiển mặt đất dùng để kết nối với máy bay, máy tính bảng hoặc điện thoại thông minh được cài đặt phần mềm điều khiển DJI GO hoặc phần mềm điều khiển khác…
- Phần mềm điều khiển Pix4d Capture, phần mềm được cài trên điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng dùng để điều khiển các máy bay của một số hãng máy bay UAV, UAV…
Hình 2. 6: Thiết bị kết nối điều khiển mặt đất Phantom 3 Professional 2.3.2.4 Trạm xử lý ảnh 2.3.2.4 Trạm xử lý ảnh
- Trạm xử lý số liệu ảnh máy bay bao gồm máy tính trạm Workstation có cấu hình mạnh được cài đặt phần mềm chuyên xử lý ảnh máy bay để tạo mơ hình số mặt đất. Đặc điểm chung của các phần mềm xử lý này là từ các bức ảnh số được chụp từ UAV với độ phủ từ 70 - 90% sau khi xử lý sẽ tạo ra mơ hình đám mây điểm (Point Cloud), mơ hình số bề mặt (DSM), mơ hình số độ cao (DEM) và ảnh trực giao (Orthomosaic).
Một số phần mềm chuyên xử lý ảnh: Trimble Business Center Photogramettry; Inpho UASMaster của hãng Trimble; Agisoft PhotoScan của hãng Geoscan Nga; Pix4D mapper của Thụy Sỹ; Phần mềm mdCockpit; Phần mềm OrbitGIS;