DGPS và Motion Sensor dần được loại bỏ khỏi các dự án đo sâu nhờ thiết bị dẫn đường quán tính (INS)

DGPS và Motion Sensor là những thiết bị không thể thiếu trong các dự án khảo sát và đo sâu thủy đạc. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của công nghệ, các hệ thống này đang dần có nhiều hạn chế về độ trễ khi đồng bộ dữ liệu, phụ thuộc tín hiệu vệ tinh, khó tích hợp, và dễ phát sinh sai số khi điều kiện đo phức tạp. Chính vì vậy, xu hướng hiện nay đang dịch chuyển mạnh mẽ sang việc sử dụng thiết bị dẫn đường quán tính (INS – Inertial Navigation System).

Mô tả sơ đồ thiết bị trong phương pháp đo sâu truyền thống và vai trò của thiết bị DGPS và Motion Sensor

Trong quá trình thực hiện đo sâu trên tàu để vẽ bản đồ hoặc khảo sát khu vực thì ngoài việc biết được độ sâu thì phải biết độ sâu đó ở chỗ nào nên phải sử dụng thêm thiết bị đinh vị GPS. Bên cạnh đó, việc lắp thiết bị đo sâu trên tàu nên sẽ bị ảnh hưởng bởi tàu lắc nghiêng lắc dọc, gây sau lệch trong quá trình đo nên cần có thiết bị để bù góc nghiêng khi tàu bị lắc nên cần đến thiết bị Motion Sensor.

Cụ thể, trong hệ thống đo sâu DGPS và Motion Sensor có vai trò:

• DGPS (Differential Global Positioning System) là hệ thống định vị vệ tinh có áp dụng hiệu chỉnh sai số bằng trạm cơ sở CORS hoặc vệ tin SBAS. Thiết bị này đóng vai trò cung cấp vị trí chính xác của mỗi điểm đo sâu giúp xác định tọa độ XY để gắn dữ liệu độ sâu thành mô hình 3D đáy biển.
• Motion Sensor là thiết bị cảm biến chuyển động IMU đo và ghi nhận dao động tàu Pitch (nghiêng trước/sau ), Roll (nghiêng trái/phải ), Heave (nhấp nhô lên xuống). Nhờ đó, thiết bị giúp hiệu chỉnh vị trsi đầu dò trong quá trình tàu bị lắc hoặc nhấp nhô giúp bù sai số do chyển động tàu gây ra.

DGPS và Motion Sensor trong hệ thống đo sâu.

DGPS và Motion Sensor dần được loại bỏ khỏi các dự án đo sâu nhờ thiết bị dẫn đường quán tính (INS)

– Thiết bị dẫn đường quán tính (INS) là gì?

INS (hệ thống dẫn đường quán tính) là công nghệ định vị hiện đại giúp xác định vị trí, vận tốc và chuyển động của thiết bị khảo sát (thường là tàu đo sâu, ROV hoặc AUV) mà không phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài như GPS hay vệ tinh.

Hệ thống INS bao gồm:

• Cảm biến gia tốc kế (Accelerometers): đo gia tốc tuyến tính trên 3 trục.
• Con quay hồi chuyển (Gyroscopes): đo tốc độ quay (pitch, roll, yaw).
• Kết hợp GNSS: hiệu chỉnh sai số trôi, nâng cao độ chính xác lâu dài.

– Chức năng chính của INS trong đo sâu

INS không chỉ là thiết bị định vị, mà còn là hệ thống xử lý và đồng bộ chuyển động, đóng vai trò quan trọng trong khảo sát thủy đạc:

• Bù chuyển động tàu (Motion Compensation): Ghi nhận pitch, roll, heave, yaw, surge/sway theo thời gian thực, hiệu chỉnh dữ liệu độ sâu bị sai lệch do tàu lắc.
• Định vị chính xác cao: Tích hợp GNSS đa hệ thống (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou…) hỗ trợ RTK, PPP, SBAS, cung cấp tọa độ X, Y, Z chính xác đến từng cm. Khi mất GNSS, INS vẫn duy trì định vị bằng chế độ “Dead Reckoning”.
• Đồng bộ dữ liệu đo sâu: Tạo bộ dữ liệu chuẩn gồm tọa độ, độ sâu, hướng tàu, chuyển động và thời gian; đồng bộ trực tiếp với các phần mềm khảo sát như Hypack, QINSy, NaviSuite cùng thiết bị Echo Sounder, MBES.
• Theo dõi tốc độ, hướng và quỹ đạo: Tính heading, vận tốc góc, tốc độ tiến/lùi, rất quan trọng trong vận hành ROV, AUV và đo sâu đa tia (MBES).
• Hiệu chỉnh tín hiệu thông minh (Kalman Filtering): Giảm nhiễu từ sóng và rung lắc, bù trôi IMU theo thời gian, hợp nhất dữ liệu từ IMU + GNSS + cảm biến khác để đảm bảo kết quả ổn định và chính xác.

– Vì sao nói thiết bị dẫn đường quán tính (INS) có thể thay thế DGPS và Motion Sensor trong các dự án đo sâu?

Trong các dự án đo sâu thủy đạc, ba yếu tố cốt lõi luôn được yêu cầu:

• Xác định tọa độ X, Y: Thường dùng GPS/DGPS.
• Xác định độ sâu Z: Nhờ máy đo sâu và cảm biến chuyển động.
• Đồng bộ dữ liệu theo thời gian và vị trí thực tế: Cần phần mềm khảo sát chuyên dụng.

Do đó, hệ thống đo sâu truyền thống phải kết hợp nhiều thiết bị DPGS và Motion Sensor. Tuy nhiên, INS đã thay đổi cách tiếp cận nhờ tích hợp sẵn:

• IMU (Inertial Measurement Unit): đo pitch, roll, heave → thay thế cho Motion Sensor.
• GNSS Engine: Xử lý tín hiu từ vệ tinh GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou… → thay thế cho DGPS.

Như vậy, chỉ với một thiết bị INS duy nhất, người dùng vừa có dữ liệu vị trí, vừa có dữ liệu chuyển động, tất cả được đồng bộ và xử lý nội bộ, giúp:

• Giảm kết nối rườm rà, tăng tính ổn định.
• Đảm bảo dữ liệu chính xác, đồng nhất.
• Tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành.

Ngoài ra, INS mang lại sai số nhỏ hơn nhiều so với hệ thống đo sâu truyền thống dùng DGPS và Motion Sensor:

Trong những trường hợp khó khăn như tàu lắc mạnh, đi qua cầu, vào vùng tín hiệu GNSS yếu hoặc bị che khuất, INS vẫn duy trì dữ liệu ổn định. INS không phụ thuộc hoàn toàn vào GNSS. Khi mất tín hiệu vài giây đến vài phút, INS vẫn tính được vị trí, vận tốc, hướng di chuyển nhờ gia tốc kế và con quay hồi chuyển. Công nghệ này gọi là Dead Reckoning, đảm bảo dữ liệu đo không bị gián đoạn. Nhờ đó, tàu đo có thể hoạt động liên tục khi đi dưới cầu, vào cảng hay vùng nhiễu tín hiệu.

Bên cạnh đó, hệ thống cũ (dùng DGPS và Motion Sensor) thường gặp vấn đề lệch thời gian truyền dữ liệu → dẫn đến sai lệch vị trí và độ sâu. INS khắc phục bằng cách:

• Đồng bộ dữ liệu GNSS và IMU ngay trong bộ xử lý nội bộ.
• Xuất ra gói dữ liệu đồng bộ duy nhất, giúp phần mềm khảo sát nhận tín hiệu chính xác, giảm tối đa sai số timestamp.

Không những vậy, các hệ thống INS được thiết kế với sự tiện lợi,h ỗ trợ chuẩn giao thức phổ biến (NMEA, TSS, ASCII), dễ dàng kết nối với Echo Sounder, MBES, GNSS. INS có giao diện cấu hình trực quan, hỗ trợ hiệu chuẩn nhanh; tích hợp qua mạng LAN nội bộ, giảm số lượng cáp kết nối và hạn chế lỗi vận hành.

Không chỉ thu dữ liệu, INS còn lọc và hiệu chỉnh thông minh bằng cách tích hợp bộ lọc Kalman, loại bỏ nhiễu rung, sốc từ tàu. Chính vì thế, INS Có khả năng dự đoán chuyển động, giữ dữ liệu ổn định ngay cả khi sóng lớn hoặc tần suất lấy mẫu thấp. Một số dòng INS còn hỗ trợ post-processing, cho phép xử lý lại dữ liệu heave và hiệu chỉnh chính xác hơn sau khi khảo sát.

Một số thiết bị INS điển hình cho đo sâu do Đất Hợp cung cấp

Thiết bị dẫn đường quán tính INS	Hình ảnh	Thông số kỹ thuật nổi bật	Ứng dụng
Thiết bị dẫn đường quán tính INS Certus Evo		Lắc dọc và lắc ngang: 0.03°. Hướng: 0.05°. Định vị RTK: 10mm. Con quay hồi chuyển MEMS: 0.2°/giờ. Tốc độ cập nhật: Lên đến 1000Hz.	Trên không: UAV, UAV LiDAR. Trên mặt đất: Ổn định Gimbal, giám sát kết cấu, điều hướng xe. Hàng hải: Điều hướng AUV, điều hướng ROV, thủy văn.
Thiết bị dẫn đường quán tính INS Boreas A70		Lắc dọc lắc ngang: 0.01°. La bàn con quay FOG: 0.01°/hr. Hướng la bàn con quay: 0.1°. Con quay hồi chuyển: 2 phút. Năm bảo hành: 3.	Trên không: Khảo sát độ chính xác cao, ổn định Gimbal, UAV. Trên mặt đất: Phương tiện tự động, đào hầm và khai thác mỏ, quan trắc công trình. Trên biển: Điều hướng dưới biển, giám sát cơ sở hạ tầng, thủy văn.
Thiết bị dẫn đường quán tính INS Boreas A90		Lắc dọc lắc ngang: 0.005°. La bàn còn quay FOG: 0.001 °/hr. Hướng la bàn con quay: 0.01°. Con quay hồi chuyển: 2 phút. Năm bảo hành: 3.	Trên không: Khảo sát độ chính xác cao, ổn định Gimbal, UAV. Trên mặt đất: Phương tiện tự động, đào hầm và khai thác mỏ, quan trắc công trình. Trên biển: Điều hướng dưới biển, giám sát cơ sở hạ tầng, thủy văn.

Việc DGPS và Motion Sensor dần được loại bỏ trong các dự án đo sâu là bước tiến tất yếu của công nghệ khảo sát thủy đạc hiện đại. Mọi thắc mắc về sự khác biệt giữa hệ thống khảo sát đo sâu dùng GPS và Motion Sensor so với dùng INS, hãy gọi ngay đến HOTLINE 0903 825 125, chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ quý khách hàng!

>>> Xem thêm: So sánh thiết bị IMU sử dụng cảm biến MEMS với FOG