Thiết bị INS: Lựa chọn ưu tiên cho đo sâu đa tia hiện đại

Thiết bị INS đang trở thành lựa chọn ưu tiên trong các hệ thống đo sâu đa tia chuyên nghiệp, từ các dự án đo đạc luồng lạch, cảng biển đến lập bản đồ đáy biển chi tiết. Vì sao như vậy? Hãy cùng EKTECH tìm hiểu lý do qua bài viết dưới đây.

Thông tin chi tiết về thiết bị INS

– INS là gì?

INS (Inertial Navigation System) là Hệ thống dẫn đường quán tính, sử dụng cảm biến quán tính gồm:

• Gyroscope (con quay hồi chuyển) – đo tốc độ quay/ góc quay.
• Accelerometer (cảm biến gia tốc) – đo gia tốc theo 3 trục.
• Nhiều hệ còn tích hợp IMU + GNSS (đôi khi cũng gọi chung là INS).

Thiết bị INS tính toán vị trí – hướng – vận tốc – chuyển động của thiết bị (tàu, USV, AUV, ROV, máy bay…) mà không cần tín hiệu bên ngoài.

INS là hệ thống dẫn đường quán tính, giúp tính toán vị trí – hướng – vận tốc – chuyển động của thiết bị mà không cần tín hiệu bên ngoài.

– Chức năng chính của thiết bị INS:

• Xác định tư thế (Orientation/Attitude)

INS cung cấp đầy đủ 6 DOF: Roll (nghiêng trái–phải), Pitch (chúi–ngẩng) và Yaw / Heading (hướng mũi tàu). Đây là chức năng quan trọng nhất khi tích hợp với Sonar đa tia (MBES), vì các góc này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác dữ liệu đo sâu.

• Xác định vị trí và vận tốc

INS tính vận tốc tuyến tính, điểm trôi (Drift) và vị trí tức thời, đặc biệt khi mất tín hiệu GPS/GNSS. Trong khảo sát biển, thiết bị INS thường kết hợp với GNSS để tạo hệ thống POS MV hoặc INS/GNSS Fusion nhằm giảm sai số.

• Bù trừ chuyển động cho sonar và cảm biến

Thiết bị INS ghi lại các chuyển động: Heave (nhấp nhô lên xuống), Surge (tiến lùi), Sway (trái–phải) ➜ INS dùng để bù chuyển động cho sonar đa tia / single beam / ADCP / lidar biển.

Đặc biệt, Heave TrueHeave (hậu xử lý) rất quan trọng trong: Sóng lớn, tàu nhỏ và dữ liệu đo sâu độ chính xác cao.

• Điều khiển và dẫn đường USV/AUV/ROV

INS cung cấp tốc độ quay (rate), định hướng ổn định, dẫn đường khi không có GNSS và tính toán quỹ đạo. Đây là “bộ não định vị” cho robot tự hành dưới nước.

– Ứng dụng của thiết bị INS trong khảo sát thủy đạc:

INS là thành phần cốt lõi của các hệ thống Đo sâu đa tia – MBES (R2Sonic, Kongsberg, Norbit, Teledyne), LiDAR bathy, ADCP và Camera quang học dưới nước. Giúp:

• Giảm lỗi roll/pitch/heading: Thiết bị INS đo liên tục các chuyển động quay của phương tiện khảo sát theo ba trục roll/pitch/heading. Dữ liệu này được sử dụng để hiệu chỉnh tia quét của hệ thống đo sâu đa tia theo thời gian thực, hạn chế sai lệch hình học đáy do chuyển động tàu, đặc biệt quan trọng trong điều kiện sóng gió hoặc khi khảo sát ở vùng nước hở.
• Tăng độ chính xác vị trí điểm đáy: Khi thiết bị INS được tích hợp chặt chẽ với GNSS (GNSS/INS), mỗi điểm đo sâu không chỉ có tọa độ chính xác mà còn được gán đúng hướng và trạng thái chuyển động tại thời điểm đo. Điều này giúp mô hình đáy biển, đáy sông có độ tin cậy cao, đáp ứng các tiêu chuẩn khảo sát thủy đạc quốc tế (IHO S-44).
• Giảm nhiễu do sóng: Thiết bị INS cho phép tách biệt chuyển động thật của phương tiện với tín hiệu đo, từ đó lọc bỏ các nhiễu do sóng ngắn, rung máy hoặc thay đổi tốc độ đột ngột. Nhờ vậy, dữ liệu đo sâu trở nên “mượt”, ít phải chỉnh sửa hậu kỳ.
• Ổn định dữ liệu đo sâu ở tốc độ tàu cao: Trong các dự án cần khảo sát nhanh hoặc diện tích lớn, thiết bị INS giúp hệ thống đo sâu vẫn duy trì độ chính xác ngay cả khi tàu di chuyển với tốc độ cao, góp phần nâng cao hiệu suất thi công và giảm thời gian khảo sát thực địa.

Thiết bị INS là thành phần cốt lõi của các hệ thống đo sâu đa tia hiện đại.

6 lý do khiến người dùng đang dần chuyển sang thiết bị INS khi đo sâu đa tia

Thiết bị INS đang dần được ưu tiên thay thế các giải pháp truyền thống trong đo sâu đa tia hiện đại nhờ 6 lý do dưới đây:

– Độ chính xác động học vượt trội:

INS hiện đại (SBG, Applanix, iXblue, KVH…) có:

• Roll/Pitch chỉ 0.02° – 0.05°.
• Heading 0.02° – 0.2° tùy model.
• Heave 1–2 cm, thậm chí Heave thực (True Heave) không trễ.

→ Khi đo ở độ sâu 20–50m, sai số góc nhỏ giúp giảm 0.1–0.5m sai số độ sâu cuối cùng.

→ Người dùng MBES yêu cầu dữ liệu đáy chính xác, nên INS gần như là bắt buộc.

Thiết bị INS mang đến độ chính xác động học vượt trội.

– Tích hợp All-in-one → giảm rủi ro & đơn giản hóa:

INS thế hệ mới tích hợp GNSS + IMU + MRU vào một thiết bị duy nhất:

• Không cần lắp nhiều cảm biến rời.
• Không cần bộ đồng bộ phức tạp.
• Giảm lỗi cáp, lỗi tín hiệu, lỗi đồng bộ.

Ví dụ: SBG Ellipse / Ekinox, Applanix POS MV, iXblue HydrINS.

– Heave theo thời gian thực & “True Heave” cực kỳ quan trọng:

So với các hệ MRU cũ:

• INS cung cấp Heave thực → không bị trễ.
• Hiệu quả đặc biệt tốt trong sóng lớn, tàu nhỏ, vùng ven bờ.

Điều này giúp:

• Dữ liệu MBES ổn định, ít “lượn sóng”.
• Ít phải lọc hậu kỳ → tiết kiệm thời gian chỉnh sửa.

>>> Xem thêm: Lợi ích của hệ thống dẫn đường quán tính INS so với cảm biến chuyển động MRU

– Tương thích chặt với các dòng MBES mới:

INS hiện là tiêu chuẩn khi lắp cho hệ thống đo sâu đa tia của các thương hiệu: R2Sonic, Kongsberg EM, Norbit, Teledyne, WASSP. Các hệ thống MBES đời mới yêu cầu:

• Timing 1 PPS chính xác.
• Sync IMU–Sonar.
• Latency thấp.
• Dữ liệu Euler/Quaternion theo chuẩn.

→ Chỉ INS mới đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đó.

Thiết bị INS tương thích chặt chẽ với các dòng MBES mới của hãng R2Sonic.

– Ổn định heading vượt trội – đặc biệt khi làm việc tốc độ thấp:

Các phương pháp đo hướng cũ (la bàn dòng từ, compas GPS rời) không ổn định khi di chuyển chậm, quay tại chỗ, làm việc gần bờ hay trong khu vực bị nhiễu từ (cầu, tàu thép, bến cảng…).

Trong khi đó, thiết bị INS → heading tuyệt đối ổn định, không phụ thuộc tốc độ tàu.

– Chi phí đã giảm → INS ngày càng dễ tiếp cận:

Trước đây INS giá 40.000 – 150.000 USD. Hiện nay nhiều lựa chọn chỉ còn 5.000 – 15.000 USD, như SBG Ellipse-D, Septentrio AsteRx SB, Inertial Labs IMU-P.

Nhiều đơn vị khảo sát, thi công, nạo vét đã chuyển hoàn toàn sang INS.

Một số dòng thiết bị INS nổi bật mà EKTECH đang cung cấp

– Advanced Navigation – dòng Boreas A70:

Dòng Boreas A70 của Advanced Navigation cung cấp các giải pháp IMU/AHRS chính xác và đáng tin cậy với khả năng giảm SWaP-C hàng đầu trong ngành. Boreas kết hợp công nghệ con quay hồi chuyển sợi quang kỹ thuật số (DFOG) đột phá và công nghệ gia tốc kế vòng kín với các thuật toán kết hợp dựa trên AI mới nhất.

Thiết bị dẫn đường quán tính INS Boreas A70.

Thiết bị dẫn đường quán tính INS Boreas A70 có khả năng ứng dụng trong:

• 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.

– Advanced Navigation – dòng Boreas A90:

Với khả năng tìm hướng cực nhanh, thiết bị cung cấp hướng chính xác mà không cần dựa vào máy đo từ trường hoặc GNSS. Điều này khiến Boreas trở thành lựa chọn lý tưởng cho các tình huống đòi hỏi khắt khe không có GNSS, nơi cần một giải pháp hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí.

Dòng Boreas A90 có thể được tùy chọn nâng cấp lên chức năng INS đầy đủ và kết hợp với đầu vào GNSS bên ngoài.

Thiết bị dẫn đường quán tính INS Boreas A90

Thiết bị dẫn đường quán tính INS Boreas A90 có khả năng ứng dụng trong:

• 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.

– Advanced Navigation – dòng INS Certus Evo:

Certus Evo là hệ thống INS hỗ trợ GNSS dựa trên AI của Advanced Navigation, cung cấp vị trí, vận tốc, gia tốc và phương hướng cực kỳ chính xác trong những điều kiện khắc nghiệt nhất.

Thiết bị dẫn đường quán tính INS Certus Evo.

Thiết bị dẫn đường quán tính INS Certus Evo có khả năng ứng dụng trong:

• 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.

Có thể thấy rằng thiết bị INS đóng vai trò trung tâm trong việc đồng bộ vị trí – hướng – chuyển động, giúp dữ liệu đo sâu đa tia đạt độ chính xác cao và ổn định. Để tìm hiểu chi tiết về thiết bị INS, hãy liên hệ ngay EKTECH qua HOTLINE 0983 206 789, chúng tôi sẽ hỗ trợ nhanh chóng nhất!

>>> Xem thêm: So sánh 3 thiết bị dẫn đường quán tính INS cho đo sâu hồi âm hãng Advanced Navigation