Hệ thống dẫn đường quán tính ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực khảo sát thủy đạc. Hệ thống này dùng để xác định vị trí, vận tốc và hướng của phương tiện mà không cần nguồn tín hiệu tham chiếu. Trong bài viết này, hãy cùng Đất Hợp tìm hiểu về khả năng ứng dụng của hệ thống dẫn đường quán tính trong khảo sát thủy đạc.
Hệ thống dẫn đường quán tính là gì?
Hệ thống dẫn đường quán tính (INS – Inertial Navigation System) là một hệ thống tự hành, sử dụng thông tin từ các cảm biến quán tính (thường bao gồm gia tốc kế accelerometer và con quay hồi chuyển Gyroscope) để xác định và cập nhật vị trí, vận tốc, cũng như hướng (hoặc tư thế) của phương tiện mà không cần đến nguồn tín hiệu tham chiếu bên ngoài (như GPS hoặc la bàn từ tính).
Hệ thống dẫn đường quán tính được dùng để xác định, cập nhật vị trí, vận tốc hay hướng của phương tiện.
Đặc điểm của hệ thống dẫn đường quán tính
- Hoạt động độc lập: Hệ thống không phụ thuộc vào tín hiệu hoặc đài dẫn ngoài như GPS, sóng radio, la bàn từ… Do đó, INS vẫn có thể hoạt động trong môi trường bị che khuất tín hiệu hoặc bị gây nhiễu.
- Tích lũy sai số: Vì hoạt động theo nguyên lý tích phân gia tốc và vận tốc, INS có xu hướng tích lũy sai số theo thời gian. Nếu không kết hợp với các nguồn thông tin khác (ví dụ GNSS để hiệu chỉnh), vị trí và hướng đo được sẽ ngày càng sai lệch theo thời gian.
- Đáp ứng nhanh: INS có thể đo và tính toán gần như tức thời các thông số động học (vị trí, vận tốc, góc quay), giúp theo dõi chuyển động chính xác trong thời gian thực.
- Cấu hình phức tạp, chi phí cao: Để đạt sai số thấp, hệ thống đòi hỏi cảm biến quán tính có độ chính xác cao (các con quay hồi chuyển và gia tốc kế với sai số rất nhỏ), đồng nghĩa với việc chi phí thiết bị và vận hành cũng cao.
Cấu hình phức tạp của hệ thống dẫn đường quán tính.
Chức năng của hệ thống dẫn đường quán tính trong khảo sát thủy đạc
– Đo và bù trừ chuyển động của phương tiện
Khi một tàu hoặc phương tiện khảo sát di chuyển trên mặt nước, nó sẽ có các chuyển động lắc ngang (roll), lắc dọc (pitch), tròng trành (yaw) và dịch chuyển lên-xuống (heave). Những chuyển động này ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. Hệ thống đưa ra thông tin tư thế (pitch, roll, yaw) cũng như toạ độ (position) trong thời gian thực, từ đó bù trừ các sai số do chuyển động.
– Cung cấp dữ liệu tham chiếu ổn định cho các thiết bị đo đạc khác
Ví dụ, trong hệ thống đo sâu đa tia (MBES – Multibeam Echosounder), INS có vai trò quan trọng trong việc xác định chính xác tư thế đầu dò, hỗ trợ nội suy và tối ưu hóa dữ liệu độ sâu thu thập được.
– Đảm bảo liên tục về dữ liệu vị trí khi mất tín hiệu biển thủy ngoại vi
Khi tàu hoạt động ở nơi tín hiệu GPS/GNSS có thể bị gián đoạn (vùng ven bờ núi cao, vĩ độ cao, vùng hải cảng “chật hẹp” sóng, hoặc bị nhiễu), INS vẫn có thể duy trì thông tin quỹ đạo của tàu trong một khoảng thời gian ngắn, tránh gián đoạn khảo sát.
Mô phỏng hệ thống dẫn dường quán tính được sử dụng cho khảo sát thủy đạc. (Thiết bị INS Boreas A90 – Advanced Navigation)
Ứng dụng hệ thống dẫn đường quán tính trong khảo sát thủy đạc
– Tích hợp với GNSS (GNSS/INS)
Trong khảo sát hiện đại, người ta thường kết hợp INS với GNSS (ví dụ RTK, PPP) để tận dụng ưu điểm của từng công nghệ. GNSS cung cấp độ chính xác vị trí theo thời gian dài (ít trôi dạt) trong khi INS đảm bảo khả năng theo dõi chuyển động tức thời (tốc độ cao, liên tục) và duy trì dẫn đường trong ngắn hạn khi mất tín hiệu GNSS.
– Ứng dụng với các hệ thống đo sâu hiện đại
INS đóng vai trò quan trọng trong hệ thống đo sâu đơn tia (Singlebeam Echosounder), đa tia (Multibeam Echosounder), cũng như các công cụ quét sườn (Side Scan Sonar) để xác định chính xác góc quét, tốc độ di chuyển, độ nghiêng, cho phép thu dữ liệu địa hình đáy biển với độ chính xác cao. Xem thêm: Top 3 thiết bị dẫn đường quán tính INS cho đo sâu hồi âm>>>
– Ứng dụng trong tàu ngầm hoặc phương tiện tự hành
Với phương tiện lặn ROV/AUV (Remote Operated Vehicle/Autonomous Underwater Vehicle), tín hiệu GPS không thể sử dụng được dưới mặt nước. Khi đó, INS trở thành nền tảng dẫn đường chính, đôi khi kết hợp thêm các cảm biến âm thanh (Doppler Velocity Log – DVL) để hạn chế tích lũy sai số.
– Bù trừ sai số chuyển động cho việc lập bản đồ thủy đạc
Nhờ thông tin lắc ngang dọc, tròng trành, thiết bị khảo sát có thể hiệu chuẩn và dựng lại mặt đáy một cách chính xác, tối ưu hóa dữ liệu, giảm bớt nhiễu và sai số trong các mô hình toạ độ đáy.
Hệ thống dẫn đường quán tính (INS) là giải pháp đo lường độc lập và chính xác cao về vị trí, hướng và chuyển động của thiết bị/phương tiện. Trong khảo sát thủy đạc, INS giữ vai trò thiết yếu để bù trừ chuyển động theo thời gian thực, đo đạc độ sâu và hình thái đáy biển chính xác, đồng thời giúp duy trì dữ liệu vị trí trong các tình huống mất hoặc nhiễu tín hiệu bên ngoài như GNSS.
Để được tư vấn về hệ thống dẫn đường quán tính phù hợp với nhu cầu công việc, hãy liên hệ ngay đến HOTLINE 0903 825 125 ngay hôm nay!
>>> Xem thêm: Lợi ích của hệ thống dẫn đường quán tính INS so với cảm biến chuyển động MRU
