Công nghệ quét SLAM cầm tay CHCNAV RS7, thiết lập thông minh trong khảo sát xây dựng

Các dự án cải tạo nội thất và hoàn công hiếm khi gặp trục trặc trong quá trình đo đạc. Thường thì sự không chắc chắn xuất hiện muộn hơn, khi hồ sơ hiện trường không đầy đủ, bản phác thảo rời rạc và thiếu bối cảnh không gian bắt đầu ảnh hưởng đến việc lập bản vẽ, phối hợp và các quyết định thiết kế. Đây là lúc công nghệ quét SLAM cầm tay đang ngày càng được sử dụng rộng rãi. 

Máy quét laser cầm tay CHCNAV RS7 được thiết kế cho các ứng dụng trong xây dựng và nội thất, giúp các nhóm thu thập dữ liệu trong nhà mật độ cao và nhanh chóng tạo ra các sản phẩm có thể tái sử dụng. SLAM (Định vị và Lập bản đồ đồng thời) cho phép máy quét theo dõi vị trí của chính nó trong khi xây dựng đám mây điểm 3D theo thời gian thực, mà không cần dựa vào tín hiệu GNSS hoặc các mục tiêu được đặt trước.

Sự chuyển đổi quy trình làm việc: Từ các phép đo riêng lẻ đến bản ghi không gian có thể tái sử dụng

Quy trình khảo sát trong nhà truyền thống thường tuân theo một mô hình quen thuộc. Một nhóm đến hiện trường với thước dây, máy đo khoảng cách laser và sổ ghi chép. Họ ghi lại kích thước, phác thảo bố cục và chụp ảnh các chi tiết quan trọng. Họ rời đi với các số liệu đo đạc mà sau đó phải được diễn giải, vẽ lại và đối chiếu với các bản phác thảo, vốn có thể không thể hiện đầy đủ toàn bộ bức tranh. Nếu bỏ sót kích thước nào đó hoặc kết nối giữa các phòng không rõ ràng, thì cần phải quay lại khảo sát.

Máy quét LiDAR cầm tay thay đổi cách tiếp cận này. Thay vì thu thập các phép đo riêng lẻ, người vận hành đi bộ trong không gian và thu thập đám mây điểm 3D liên tục, mật độ cao. Kết quả không phải là một tập hợp các con số để tái tạo sau này. Đó là một bản ghi không gian hỗ trợ các bản vẽ mặt bằng, mặt cắt, mặt đứng, mô hình BIM, phối hợp thiết kế và xác thực sau này, tất cả đều từ cùng một tập dữ liệu.

Điều này chuyển câu hỏi cốt lõi từ "Chúng ta đã đo lường đủ chưa?" sang "Chúng ta có thể làm được gì với dữ liệu đã thu thập được?". Một chuyến khảo sát thực địa duy nhất trở thành việc tạo ra một mô hình 3D có thể tái sử dụng, thay vì chỉ là một hoạt động khảo sát thực địa một lần.

Thiết bị CHCNAV RS7 thu thập dữ liệu đám mây điểm 3D liên tục khi người vận hành di chuyển trong không gian trong nhà, thay thế việc đo thủ công bằng bản ghi không gian có thể tái sử dụng.

RS7 xử lý các thách thức khi quét trong nhà như thế nào?

Theo dõi ổn định trong không gian ít đặc trưng

Chất lượng quét 3D trong nhà phụ thuộc rất nhiều vào độ ổn định của quỹ đạo. Máy quét phải theo dõi chính xác vị trí của nó khi di chuyển trong tòa nhà. Điều này khá dễ dàng trong các phòng có hình dạng, đồ nội thất và đặc điểm kiến trúc riêng biệt. Tuy nhiên, nó trở nên khó khăn hơn ở hành lang, cầu thang, đường dẫn tiện ích và các không gian nội thất lặp đi lặp lại, nơi hình dạng xung quanh cung cấp ít điểm tham chiếu cho thuật toán SLAM.

Máy quét laser di động CHCNAV RS7  giải quyết vấn đề này bằng cách kết hợp hệ thống định vị quán tính (INS) và xử lý SLAM, được hỗ trợ bởi một cảm biến quán tính (IMU) độ chính xác cao với độ ổn định sai số tốt hơn 0,5 độ/giờ. Điều này có nghĩa là máy quét duy trì ước tính quỹ đạo ổn định ngay cả trong không gian có hình dạng hình học lặp lại, tạo ra các đám mây điểm sạch hơn với ít lỗi căn chỉnh hơn.

Hoàn thành hình học nội thất trong thời gian ngắn hơn

Tốc độ rất quan trọng trong việc thu thập dữ liệu thực tế trong nhà, nhưng chỉ khi phạm vi phủ sóng đầy đủ. Trần nhà bị thiếu, các cấu trúc phía trên hoặc các góc hẹp đồng nghĩa với việc có những khoảng trống trong tập dữ liệu, và những khoảng trống đó dẫn đến việc phải quay lại hoặc phải đoán mò trong quá trình lập bản vẽ. 

Trong bối cảnh đó, máy quét laser RS7 thu thập tới 1,15 triệu điểm mỗi giây thông qua trường nhìn siêu rộng 360 x 189 độ. Phạm vi quét gần như bao phủ toàn không gian này cho phép trần nhà, các góc khuất và những chi tiết phía trên cao được ghi nhận tự nhiên trong lúc người vận hành di chuyển mà không cần dừng lại, đổi vị trí hay nghiêng thiết bị. Đối với người vận hành, điều này cũng có nghĩa là ít phải thay đổi tư thế hơn và ít bị gián đoạn đường quét hơn. Quy trình làm việc vẫn diễn ra liền mạch, góp phần nâng cao chất lượng quét và sự thoải mái cho người vận hành trong các phiên chụp kéo dài.

Từ hình học đến sản phẩm trực quan

Dữ liệu hình học thô rất cần thiết, nhưng nhiều bên tham gia đến dự án cũng cần bối cảnh trực quan. Hai camera HD 12 MP với công nghệ ghép điểm ảnh của Sony cho phép RS7 chụp ảnh chất lượng cao ngay cả trong môi trường trong nhà thiếu sáng. Hình ảnh này được đưa vào đám mây điểm được tô màu và mô hình 3D Gaussian Splatting (3DGS) thông qua công cụ kết xuất HPGS 2.0, tạo ra các mô hình trực quan chân thực cùng với dữ liệu hình học.

Lớp hình ảnh này giúp các nhóm xem xét các chi tiết hoàn thiện, cửa ra vào, thiết bị và khu vực lưu thông mà không cần phải quay lại công trình. Đối với các dự án khảo sát cải tạo, nơi mà hiện trạng cần được truyền đạt rõ ràng cho các nhà thiết kế và nhà thầu, sự kết hợp giữa hình học và bối cảnh trực quan này đặc biệt có giá trị.

Từ hiện trường đến văn phòng: Quy trình xử lý kết nối

Thu thập dữ liệu chất lượng tại hiện trường chỉ là một phần của thách thức. Quá trình từ bản quét thô đến sản phẩm cuối cùng có thể sử dụng được phải hiệu quả và được hỗ trợ tốt. RS7 phù hợp với quy trình xử lý ba bước:

• Bước 1: ¨Lập kế hoạch tuyến đường và thu thập dữ liệu:  Phần mềm SmartGo xử lý việc thu thập dữ liệu và cung cấp bản xem trước đám mây điểm theo thời gian thực tại hiện trường, cho phép người vận hành xác minh vùng phủ sóng trước khi rời khỏi địa điểm.
• Bước 2: Tối ưu hóa dữ liệu:  CoPre và CoCloud xử lý việc tối ưu hóa đám mây điểm, định vị địa lý, tô màu và lọc dữ liệu, chuẩn bị dữ liệu thô để sử dụng trong các bước tiếp theo.
• Bước 3: Chuyển đổi dữ liệu thành dạng vector:  CoProcess 2025 cung cấp khả năng quản lý đám mây điểm, trích xuất đối tượng và tạo ra các tệp CAD (.dwg/.dxf), chuyển đổi dữ liệu không gian 3D thành bản vẽ mặt bằng, mặt cắt và mô hình mà các nhóm dự án cần.

Quy trình làm việc kết nối này có nghĩa là dữ liệu được thu thập bởi hệ thống lập bản đồ di động cầm tay sẽ được chuyển qua một quy trình được hỗ trợ từ khâu thu thập dữ liệu tại hiện trường đến sản phẩm cuối cùng, với mỗi giai đoạn được thiết kế để hoạt động với đầu ra của RS7.

Nghiên cứu điển hình: Khảo sát cải tạo diện tích 900 mét vuông trong 10 phút

Một dự án gần đây tại Indiana, Hoa Kỳ, đã đưa CHCNAV RS7 vào thử nghiệm thực tế. Nhiệm vụ là thu thập dữ liệu không gian đầy đủ cho một khu phức hợp bể bơi cũ rộng 900 m² đang  được chuyển đổi thành phòng học thể thao trong nhà đa năng. Dự án được quản lý bởi Renaissance Design Build, Inc., với sự hỗ trợ quét từ iGage Mapping Corporation.

Ảnh 1: Khu vực cải tạo một bể bơi cũ ở Indiana, đang được chuẩn bị để chuyển đổi thành phòng học thể thao trong nhà đa năng. Ảnh 2:  Khảo sát trong nhà truyền thống bằng thước dây, máy đo khoảng cách laser và bản vẽ phác thảo thủ công. Ảnh 3: Khảo sát bằng máy quét SLAM cầm tay cho phép thu thập đám mây điểm 3D hoàn chỉnh chỉ trong một lần đi bộ để lập bản đồ trong nhà nhanh chóng và chính xác.

Sự khác biệt giữa quy trình làm việc truyền thống và quy trình làm việc RS7 là rất đáng kể:

Đội ngũ thi công truyền thống đã mất khoảng 190 phút để đo kích thước một phần mặt tiền bằng thước dây, máy laser và bản vẽ tay. Một người vận hành duy nhất với máy quét laser cầm tay RS7 đã hoàn thành việc thu thập dữ liệu toàn cảnh trong 10 phút, ghi lại toàn bộ nội thất với độ chính xác trong vòng 1 cm. Đám mây điểm thu được cung cấp bản ghi không gian hoàn chỉnh của công trình, có thể sử dụng cho bản vẽ mặt bằng, mặt cắt, mặt đứng và phối hợp thiết kế cải tạo.

Hình ảnh đám mây điểm màu có mật độ cao của cơ sở trong nhà được chụp bằng RS7, xử lý bằng phần mềm CoProcess, cung cấp bản ghi không gian 3D hoàn chỉnh và có thể tái sử dụng.

So sánh tổng chi phí sở hữu trong 1 năm

Ngoài việc tiết kiệm thời gian cho một dự án riêng lẻ, nghiên cứu trường hợp này cũng xem xét tổng chi phí sở hữu trong suốt một năm thực hiện khảo sát hiện trạng công trình, giả định có 24 dự án mỗi năm:

Các con số phản ánh kịch bản máy quét sẽ hoàn vốn chỉ sau chưa đến hai dự án. Đối với các công ty thực hiện nhiều dự án cải tạo, lập bản vẽ hiện trạng hoặc lập tài liệu cơ sở vật chất mỗi năm, hiệu quả chi phí rất rõ ràng: khoản đầu tư thiết bị được thu hồi gần như ngay lập tức, và mỗi dự án tiếp theo đều mang lại khoản tiết kiệm trực tiếp về nhân công và thời gian.

Biến một chuyến tham quan địa điểm thành tài sản 3D có thể tái sử dụng.

Giá trị của  máy quét SLAM cầm tay trong khảo sát trong nhà không chỉ nằm ở tốc độ nhanh hơn so với thước dây và laser. Ưu điểm xuất sắc hơn nằm ở cấu trúc: nó thay đổi những gì mà một lần khảo sát thực địa tạo ra. Thay vì một tập hợp các phép đo phục vụ một mục đích, kết quả đầu ra là một bản ghi không gian hoàn chỉnh phục vụ nhiều mục đích.

Bản vẽ mặt bằng, mặt cắt, mặt đứng, mô hình 3D, tài liệu phối hợp thiết kế và đánh giá tình trạng tương lai đều có thể được trích xuất từ cùng một tập dữ liệu. Nếu có thắc mắc phát sinh sáu tháng sau chuyến khảo sát hiện trường, đám mây điểm vẫn có sẵn để giải đáp. Không cần phải lên lịch khảo sát lại hoặc dựa vào trí nhớ của ai đó về không gian.

Đối với các nhóm làm việc trong lĩnh vực cải tạo, quản lý cơ sở vật chất, lập hồ sơ di sản hoặc bất kỳ lĩnh vực nào mà điều kiện nội thất cần được ghi lại chính xác và truyền đạt rõ ràng, việc chuyển từ các phép đo dùng một lần sang mô hình 3D có thể tái sử dụng sẽ giảm số lần đến lại, rút ngắn thời gian dự án và nâng cao sự tự tin trong việc bàn giao sản phẩm.