Định hướng thành lập bản đồ đường bờ biển cơ sở ở Indonesia
22/11/2021
Độ chính xác của dữ liệu đường bờ biển ở Indonesia có thể được cải thiện nhiều bằng cách sử dụng công nghệ đo độ sâu Lidar. Trong bài báo này, các tác giả mô tả kỹ thuật khảo sát độ sâu Lidar đã được áp dụng như thế nào đối với một đoạn bờ biển ở eo biển Sunda.

Việc xác định một vùng biển hoặc vùng ven biển phụ thuộc vào dữ liệu đường bờ biển sẵn có, vì nó dựa trên tham chiếu đường bờ biển (xem Hình 1). Định nghĩa về khu vực thuộc chủ quyền của Indonesia có thể được cải thiện nếu có dữ liệu chính xác về đường bờ biển. Thật không may, bản đồ đường bờ biển cơ sở ở tỷ lệ 10.000 chỉ có sẵn cho khoảng 8% trong tổng số 108.000 km đường bờ biển ở Indonesia vào năm 2019. Do đó, dữ liệu đường bờ được tạo ra bằng cách tích hợp dữ liệu độ cao (Digital Elevation Model; DEM) cho đất liền và biển thu được bằng khảo sát địa hình và độ sâu. Tuy nhiên, điều kiện địa hình ở Indonesia rất đặc biệt, với đặc điểm nước nông. Hơn nữa, một số khu vực ven biển là vùng biển nội địa rất khó tiếp cận bằng cách sử dụng các công nghệ như cảm biến âm thanh. Do đó, cần có một phương pháp thay thế để tăng tốc độ sẵn có của dữ liệu đường bờ biển ở Indonesia sử dụng công nghệ Lidar cho các hoạt động khảo sát độ sâu. Cải thiện tính sẵn có của dữ liệu bờ biển trên quy mô lớn được kỳ vọng sẽ mang lại lợi ích cho nền kinh tế quốc gia, đặc biệt là lĩnh vực hàng hải.

Description: https://www.gim-international.com/cache/c/6/2/8/1/c6281134a9939bb9757c4ac9e0ea26a25ea5aca9.jpeg

Hình 1: Xác định lãnh thổ có chủ quyền của Indonesia dựa trên các tài liệu tham khảo về đường bờ biển.

Phép đo Lidar trên không

Lidar (Phát hiện và đo sóng ánh sáng) là một phần của hệ thống viễn thám sử dụng các cảm biến chủ động và hoạt động bằng cách so sánh các đặc tính của tín hiệu truyền với sự phản xạ của nó; cụ thể là sự khác nhau về thời gian truyền xung, bước sóng và góc phản xạ. Trong ứng dụng đo độ sâu Lidar, tia laser được sử dụng là ánh sáng xanh có thể xuyên qua đáy nước. Khi tia laser chạm vào bề mặt nước, một phần của sóng laser bị phản xạ và khúc xạ theo mọi hướng và một phần khác xuyên qua nước. Các nguyên tắc cơ bản của phép đo độ sâu Lidar được thể hiện trong Hình 2.

 

Description: https://www.gim-international.com/cache/c/2/c/e/4/c2ce453e7835bd49eb699f2350bcbfe48ab34f92.png

Hình 2: Nguyên tắc cơ bản của phép đo độ sâu Lidar.

 

Năng lực thu nhận độ sâu của Lidar ở Indonesia

Để tăng tốc độ sẵn có của dữ liệu đường bờ biển quốc gia, phép đo độ sâu Lidar trên không đã được tiến hành vào năm 2020 xung quanh eo biển Sunda. Một phương pháp định vị vi sai được sử dụng để cung cấp vị trí máy bay với độ chính xác là 10cm. Tất cả các vị trí kết quả được tham chiếu đến dữ liệu trắc địa ở Indonesia, SRGI2013. Độ cao được sử dụng là khoảng 600m và khoảng cách giữa các đường bay là 280m. Độ cao lớn hơn có thể tăng diện tích bao phủ một cách hiệu quả trong khi vẫn duy trì mật độ của các đám mây điểm và việc thu nhận Lidar có thể được thực hiện trên một khu vực rộng lớn trong một chuyến bay. Năng lực thu nhận độ sâu của Lidar vào khoảng 145km mỗi ngày, với tổng đường bờ biển được lập bản đồ là 1.000km. Việc đo độ sâu Lidar ở eo biển Sunda đạt tới 5m độ sâu, do vị trí đo không hoàn toàn ở vùng nước trong. Trong trường hợp này, việc sử dụng máy đo độ sâu Lidar chỉ mất hai tháng để hoàn thành toàn bộ Khu vực quan tâm (AoI). Dựa trên khả năng này, quần đảo Indonesia có thể được lập bản đồ một cách nhanh chóng; tuy nhiên, khó khăn lớn nhất trong quá trình thu thập dữ liệu là mùa mưa ở khu vực quanh eo biển Sunda.

Có những khó khăn khác ở miền nam Java, vì khu vực này bị chi phối bởi sóng cao (sự thống trị của chế độ sóng cao). Trong khảo sát độ sâu, bề mặt của nước được coi là một mặt phẳng phản xạ nằm ngang, nơi chùm tia laser khúc xạ vào nước dựa trên góc của chùm tia lệch hướng. Nếu bề mặt gợn sóng, tia laser sẽ bị khúc xạ theo mọi hướng, làm thay đổi góc tới của chùm tia laser. Điều này làm cho tia laser khó xuyên xuống đáy nước ở những khu vực như vậy. Do đó, dạng hình học của đường dẫn tia khúc xạ từ tia laser dưới nước phụ thuộc vào điều kiện của mặt phẳng nước bên trên nó. Có thể thấy hình minh họa dữ liệu DEM trích xuất từ ​​kết quả đo độ sâu của Lidar trong Hình 3. Như đã trình bày, các vật thể xung quanh bờ biển có thể được lập bản đồ chi tiết, bao gồm cả vùng nước.

Description: https://www.gim-international.com/cache/2/e/3/9/c/2e39c7ffd9c0736c392facd7340e080b23969800.jpeg

Hình 3: Trích xuất dữ liệu DEM từ kết quả của phép đo độ sâu Lidar

 

Mức độ chi tiết của phép đo sâu Lidar trên không

Phép đo độ sâu Lidar sử dụng tia hồng ngoại để tạo ra địa hình đất liền và tia laser xanh để thu được đáy biển. Do đó, phép đo độ sâu Lidar có thể tạo ra một DEM trên đất liền và trên biển liền mạch, điều này tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho quá trình tích hợp dữ liệu vì DEM thu được dựa trên cùng một hệ quy chiếu. Ngoài ra, phép đo độ sâu Lidar có thể được tiến hành ở các khu vực như vùng nước nông hoặc rạn san hô, những nơi khó khảo sát bằng cảm biến âm thanh, như có thể thấy trong Hình 4. Hình 4 cũng cho thấy các khu vực nước nông có san hô được mô tả rất rõ ràng bằng cách sử dụng Phép đo độ sâu lidar, trái ngược với đo độ sâu bằng đa chùm dẫn đến việc lập bản đồ đáy biển ít chi tiết hơn. Do đó, phép đo độ sâu Lidar tạo ra dữ liệu DEM có độ phân giải cao, giúp quá trình khai thác đường bờ dễ dàng hơn.

Hiệu quả của phép đo sâu Lidar

Công nghệ sóng âm có công suất khoảng 50 km đường truyền mỗi ngày khi thu thập dữ liệu DEM hàng hải. Hơn nữa, việc tích hợp DEM trên biển và đất liền đòi hỏi việc đo đạc địa hình tốn nhiều thời gian và các vấn đề nảy sinh trong quá trình tích hợp DEM giữa đất liền và trên biển do sử dụng các công nghệ khác nhau và các điều kiện đo khác nhau khi thu thập dữ liệu. Ngoài ra, có những vấn đề do sự khác biệt trong các tài liệu tham khảo được sử dụng, do đó các giá trị độ cao DEM không giống nhau. Mặc dù kết quả độ sâu khi sử dụng cảm biến đo âm thanh rất chính xác, nhưng cảm biến đo âm thanh không thể được sử dụng ở vùng nước nông và các khu vực khó tiếp cận.

Tuy nhiên, phép đo độ sâu Lidar có thể thu thập dữ liệu trên một khu vực rộng lớn trong một chuyến bay duy nhất, làm cho nó có hiệu quả cao về mặt thời gian. Năng lực lập bản đồ đường bờ biển của nó lên đến khoảng 145 km đường mỗi ngày. Vì lý do này, phép đo độ sâu Lidar có thể giảm gần một nửa thời gian khảo sát so với công nghệ hiện đang được sử dụng. Với công suất như vậy, việc sử dụng máy đo độ sâu Lidar cho hoạt động khảo sát thủy văn mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt là về hiệu quả chi phí thu thập dữ liệu. Do đó, công nghệ đo độ sâu Lidar rất đáng được xem xét như một phương pháp để tăng tốc sự sẵn có của bản đồ bờ biển tỷ lệ lớn ở Indonesia.

Description: https://www.gim-international.com/cache/a/7/8/f/b/a78fb7c87d03f8adfe1055dddee9643ac979545f.jpeg

Hình 4: Mức độ chi tiết của phép đo độ sâu Lidar so với máy siêu âm phản xạ đa tia; khu vực thu nhận tại Kolaka, Nam Sulawesi. (Thu thập dữ liệu đo độ sâu Lidar với sự hỗ trợ của PT. Map Tiga Internasional)

Đánh giá độ chính xác của phép đo sâu Lidar

Đánh giá độ chính xác đã được thực hiện để so sánh độ chính xác của DEM với kết quả đo độ sâu của Lidar. Hơn nữa, các tọa độ z (cả trên đất liền và một phần bờ biển) được so sánh với các phép đo thực địa bằng các công cụ GNSS. Do đó, việc kiểm tra độ chính xác đã được thực hiện xung quanh bờ biển và trong các khu vực nước có thể được tiếp cận bằng các thiết bị trắc địa GNSS. Kết quả đánh giá độ chính xác cho thấy độ chính xác của phép đo độ sâu Lidar là 0,3m với độ tin cậy 90%. Các kết quả này phù hợp với các tiêu chuẩn về độ chính xác theo chiều dọc ở Indonesia. Do đó, kết quả đo độ sâu của Lidar có thể được sử dụng để tạo bản đồ ở tỷ lệ 1: 5.000.

Kết luận

Khảo sát độ sâu bằng Lidar rất hiệu quả ở các vị trí nước nông và các khu vực không thể tiếp cận, chẳng hạn như các khu vực quần đảo ở Indonesia. Một ưu điểm khác là phép đo độ sâu Lidar tạo ra DEM liền mạch, giúp dễ dàng tích hợp dữ liệu đất liền với dữ liệu trên biển. Ngoài ra, phạm vi bay ở độ cao lớn của máy bay có ý nghĩa rằng cuộc khảo sát đo độ sâu Lidar có vùng phủ sóng lớn trong một chuyến bay. Những lợi thế này có thể giúp đẩy nhanh sự sẵn có của bản đồ đường bờ cơ sở biển ở Indonesia.

Cần lưu ý rằng sự thành công của cuộc khảo sát Lidar đo độ sâu phụ thuộc nhiều vào khả năng của tia laser xanh xuyên qua cột nước. Vì lý do này, các cuộc khảo sát độ sâu của Lidar phụ thuộc vào các điều kiện môi trường như độ đục của nước, mặt phẳng của nước và điều kiện thời tiết. Do đó, phép đo độ sâu Lidar rất thích hợp để sử dụng ở các khu vực của Indonesia với vùng nước trong và lặng, chịu ảnh hưởng của các quá trình trầm tích không chiếm ưu thế. Tuy nhiên, khả năng thâm nhập của hệ thống đo độ sâu Lidar đến đáy cột nước giảm ở các khu vực ven biển có chất lượng nước kém, do đó việc thu thập dữ liệu cần được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến âm thanh và phương pháp trên cạn. Sự kết hợp của các công nghệ này thu được kết quả tối đa.

Description: https://www.gim-international.com/cache/d/3/6/6/5/d3665fbbed4c757419861ab67de9de1f1c58189a.jpeg

Hình 5: Ưu điểm của công nghệ đo độ sâu Lidar.

 

Nguồn: GIM International

Nguyễn Thị Thanh Bình

Nguyễn Thị Phương Hoa

(Sưu tầm và dịch)

 

Nguồn tin: GIM International