Tương lai của công nghệ INS trong khảo sát thủy đạc

Công nghệ INS (Inertial Navigation System – Hệ thống dẫn đường quán tính) là một công nghệ dùng để xác định vị trí, vận tốc và hướng chuyển động của vật thể (như máy bay, tàu, tên lửa, xe tự hành, v.v.) mà không cần phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài như GPS. Công nghệ INS có ưu điểm nổi bật là độc lập, chính xác tức thời, an toàn và ổn định trong mọi điều kiện, rất phù hợp cho các ứng dụng hàng không, quân sự, hàng hải và robot tự hành.

Các ưu điểm chính của công nghệ INS

Công nghệ INS (hay thiết bị dẫn đường quán tính INS) là hệ thống xác định vị trí, vận tốc và hướng chuyển động dựa trên gia tốc kế và con quay hồi chuyển, không phụ thuộc vào tín hiệu vệ tinh. Đây chính là lợi thế then chốt trong môi trường biển và ven bờ.

Công nghệ INS được ứng dụng trong xác định vị trí, vận tốc và hướng chuyển động của tàu thuyền.

Công nghệ INS sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật có thể kể đến như:

• Hoạt động độc lập, không phụ thuộc GNSS: INS vẫn cung cấp dữ liệu chuyển động ngay cả khi mất tín hiệu GNSS. Nhờ đó, hệ thống vẫn hoạt động ổn định trong tình huốngmất sóng, như dưới lòng đất, dưới nước, trong không gian, hoặc khi bị gây nhiễu GPS.
• Dữ liệu liên tục, tần số cao: INS cung cấp dữ liệu vị trí, vận tốc và gia tốc theo thời gian thực, với tần số cập nhật rất cao (thường hàng trăm đến hàng nghìn lần mỗi giây), giúp bù chuyển động tàu chính xác cho hệ thống đo sâu hồi âm và sonar đa tia.
• Ổn định trong mọi điều kiện môi trường: Không bị ảnh hưởng bởi thời tiết, ánh sáng hay vật cản, INS đặc biệt phù hợp với khảo sát thủy đạc ngoài khơi, vùng sóng gió hoặc điều kiện quan sát hạn chế.
• Khả năng chống nhiễu và bảo mật cao: Do không truyền nhận tín hiệu ra bên ngoài, INS không bị gây nhiễu hay đánh chặn, đảm bảo độ tin cậy cho các dự án quan trọng và khảo sát dài ngày.
• Dễ tích hợp hệ thống: INS có thể kết hợp với GNSS, Sonar, Radar, la bàn và cảm biến khác để tạo thành hệ thống dẫn đường lai, giúp tăng độ chính xác và bù trừ sai số trôi.
• Độ tin cậy cao và bền bỉ: Hệ thống INS hoàn toàn khép kín, không có bộ phận di động hoặc phụ thuộc môi trường, nên độ bền và tuổi thọ cao, ít phải bảo trì

Thách thức hiện nay về ứng dụng INS trong khảo sát thủy đạc

Dù sở hữu nhiều ưu điểm, INS vẫn tồn tại những hạn chế kỹ thuật cần được giải quyết trong thực tế khảo sát:

• Độ chính xác bị giới hạn bởi sai số tích lũy: INS tính toán vị trí dựa trên cảm biến gia tốc kế và con quay hồi chuyển, vì vậy sai số nhỏ ban đầu sẽ tích lũy dần. Nếu không được hiệu chỉnh địnhk kỳ bằng GNSS, độ chính xác sẽ giảm theo thời gian – đây là thách thức lớn trong khảo sát yêu cầu độ chính xác centimet.
• Phụ thuộc vào tích hợp GNSS/INS: Trong hầu hết các dự án thủy đạc, INS không hoạt động độc lập mà cần kết hợp GNSS để kiểm soát sai số trôi. Khi GNSS yêu hoặc mất hoàn toàn tín hiệu trong thời gian dài, độ chính xác vẫn bị ảnh hưởng.
• Yêu cầu hiệu chuẩn và đồng bộ cảm biến phức tạp: INS cần được hiệu chuẩn chính xác với hệ thống sonar đa tia, hệ thống định vị tàu và đồng bộ thời gian tuyệt đối. Chỉ một độ lệch nhỏ giữa INS và sonar cũng có thể gây sai số đáng kể trong dữ liệu đáy biển.
• Chi phí đầu tư và vận hành: Các hệ INS chất lượng cao sử dụng công nghệ FOG (Fiber Optic Gyro) hoặc RLG có chi phí lớn, đồng thời yêu cầu kiểm chuẩn định kỳ và kỹ thuật vận hành chuyên sâu.
• Yêu cầu cao về xử lý và lọc dữ liệu: Dữ liệu INS cần được lọc bằng thuật toán Kalman hoặc các phương pháp nâng cao, đòi hỏi phần mềm chuyên dụng và đội ngũ kỹ sư có kinh nghiệm.
• Ảnh hưởng của môi trường biển: Môi trường thủy văn thay đổi (sóng, dòng chảy, rung động tàu, từ trường địa phương) có thể gây nhiễu dữ liệu cảm biến INS, làm giảm độ ổn định và chính xác của hệ thống. Đặc biệt trong khảo sát vùng nước nông hoặc có sóng lớn, dữ liệu INS dễ bị biến động mạnh.
• Thiếu tiêu chuẩn và quy trình chuẩn hóa: Tại nhiều quốc gia (trong đó có Việt Nam), việc chuẩn hóa quy trình ứng dụng INS trong khảo sát thủy đạc vẫn còn hạn chế. Thiếu hướng dẫn thống nhất về đánh giá sai số, hiệu chỉnh, kiểm định và tích hợp dữ liệu INS, GNSS và sonar, gây khó khăn cho đảm bảo chất lượng kết quả đo.

Công nghệ INS và xu hướng tích hợp trong khảo sát thủy đạc hiện đại

Thay vì sử dụng đơn lẻ, công nghệ INS ngày nay được triển khai theo hướng tích hợp đa cảm biến, tạo nên hệ thống khảo sát đồng bộ và chính xác.

• GNSS/INS tích hợp giúp duy trì định vị liên tục ngay cả khi GNSS gián đoạn.
• INS kết hợp với đo sâu hồi âm đa tia cung cấp dữ liệu về góc nghiêng, lắc, quay của tàu, giúp bù trừ chuyển động và tăng độ chính xác bản đồ đáy biển.
• Tích hợp INS với cảm biến chuyển động và la bàn từ (MRU/Gyro/Compass) giúp nâng cao độ ổn định trong điều kiện sóng gió mạnh.
• Ứng dụng trí tuệ nhân tạo và lọc dữ liệu tiên tiến để nâng cao để hiệu chỉnh và dự đoán sai số INS, giảm độ trôi.
• Tích hợp INS trên các nền tảng tự động như USV và AUV để dẫn đường chính xác trong môi trường không có GNSS.

Công nghệ INS ngày nay được tích hợp đa cảm biến trong cùng một hệ thống.

Công nghệ INS trong tương lai sẽ thay đổi ngành thủy đạc như thế nào?

Trong những năm tới, công nghệ INS được kỳ vọng sẽ tạo ra bước chuyển lớn cho ngành thủy đạc:

• Phát triển INS nhỏ gọn, giá thành thấp hơn nhờ công nghệ MEMS tiên tiến, giúp các đơn vị khảo sát nhỏ cũng có thể ứng dụng công nghệ cao.
• Tự động hiệu chỉnh sai số bằng dữ liệu đa nguồn (GNSS, Sonar, Doppler, Camera), giúp dữ liệu sonar ổn định, bản đồ đáy biển chi tiết và tin cậy hơn.
• Hướng tới hệ thống dẫn đường tích hợp toàn diện, phục vụ khảo sát thủy đạc độ chính xác cao và thời gian thực.
• Công nghệ INS thế hệ mới với cảm biến FOG hoặc MEMS cải tiến sẽ giảm đáng kể sai số trôi, giúp duy trì định vị chính xác ngay cả khi mất GNSS.
• Tự động hóa khảo sát với USV/AUV, giúp chúng tự định vị, điều hướng và thu thập dữ liệu mà không cần con người điều khiển trực tiếp.
• Ứng dụng AI để dự đoán và bù sai số theo thời gian thực.
• Truyền và xử lý dữ liệu theo thời gian thực, cho phép theo dõi, phân tích và ra quyết định ngay trong quá trình khảo sát.
• Thúc đẩy chuyển đổi số thủy đạc, hướng đến mô hình bản đồ đáy biển 3D/4D phục vụ quy hoạch, cảng biển và quản lý tài nguyên biển.

Đầu tư vào công nghệ INS ngay hôm nay – Liên hệ EKTECH

Là đơn vị nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết bị khảo sát thủy đạc và hàng hải, EKTECH cung cấp các giải pháp INS tích hợp phù hợp cho đa dạng công việc khảo sát và nhu cầu khác nhau. Ngoài ra, không chỉ cung cấp thiết bị chính hãng, EKTECH còn sở hữu đội ngũ kỹ sư chuyên môn cao để hỗ trợ khách hàng cấu hình, vận hành và xử lý dữ liệu trong suốt quá trình sử dụng.

Một số dòng thiết bị INS đang được cung cấp tại EKTECH:

Thiết bị INS đang được cung cấp tại EKTECH	Hình ảnh	Tính năng nổi bật
Certus Evo		Certus Evo hỗ trợ GNSS dựa trên AI, cung cấp dữ liệu vị trí, vận tốc, gia tốc và phương hướng với độ chính xác cao, hoạt động ổn định ngay cả trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Thông số kỹ thuật: 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.
Boreas A70		Boreas A70 là dòng IMU/AHRS hiệu suất cao, nổi bật với thiết kế tối ưu SWaP-C. Thiết bị kết hợp công nghệ con quay sợi quang kỹ thuật số (DFOG), gia tốc kế vòng kín và thuật toán hợp nhất dựa trên AI, đáp ứng tốt các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao. Thông số kỹ thuật: 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.
Boreas A90		Boreas A90 là phiên bản nâng cao, mang lại độ chính xác và độ ổn định vượt trội hơn, tiếp tục phát huy thế mạnh DFOG, gia tốc kế vòng kín và AI fusion, phù hợp cho các hệ thống dẫn đường và khảo sát chuyên sâu. Thông số kỹ thuật: Lắc dọc lắc ngang: 0.005°. La bàn con quay FOG: 0.001 °/hr.. Hướng la bàn con quay: 0.01° Con quay hồi chuyển: 2 phút.

Công nghệ INS đang dần trở thành xu hướng được ứng dụng vào đa dạng công việc trong khảo sát thủy đạc. Để được tư vấn về dòng thiết bị INS phù hợp, hãy gọi ngay đến HOTLINE 0983 206 789, EKTECH luôn sẵn sàng hỗ trợ quý khách hàng!

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