Mô hình 3D địa hình đáy biển có nhiều ứng dụng khác nhau như các ứng dụng trong hải dương học và địa chất biển, giám sát môi trường biển, trong xây dựng cơ sở hạ tầng hàng hải, lắp cáp và đường ống, khảo cổ học trên biển, quản lý đới bờ, dẫn đường cho các phương tiện trên biển bao gồm các phương tiện dân sự và quân sự. Đặc biệt, mô hình 3D địa hình đáy biển có ý nghĩa lớn trong dẫn đường các phương tiện trong lực lượng hải quân. Xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển gặp nhiều khó khăn hơn so với thành lập mô hình 3D trên đất liền do không thể quan sát trực tiếp địa hình bằng mắt thường và một số vấn đề liên quan đến chất đáy hoặc các nguồn nhiễu đối với công tác đo sâu như sự phản xạ tín hiệu do các đàn cá … Khi thành lập bản đồ/ mô hình 3D trên đất liền có thể sử dụng các phương pháp như quét laser mặt đất, UAV, Lidar … hoặc kết hợp các phương pháp nêu trên khi thu thập dữ liệu đầu vào. Đối với mô hình 3D địa hình đáy biển, công nghệ để thu thập dữ liệu đầu vào có thể sử dụng đơn lẻ hoặc kết hợp các phương pháp như đo sâu hồi âm đơn tia, đo sâu hồi âm đa tia, phương pháp thủy âm quét sườn.

Trên thế giới, khi thành lập bản đồ 3D cho các ứng dụng khác nhau đối với phần trên cạn, công nghệ máy bay không người lái được sử dụng một cách phổ biến [1]. Việc sử dụng công nghệ UAV cho phép tiết kiệm thời gian đo đạc ngoài thực địa, độ chính xác đồng nhất. Nhược điểm của công nghệ này đó là không thu nhận được dữ liệu tại những nơi bị che khuất với chiều cao thấp.

Dựa trên dữ liệu vệ tinh WorldView-3, nghiên cứu [2] đã lập được bản đồ 3D các rặng san hô với độ chính xác xác định độ cao đạt ở mức 1m. Ưu điểm của phương pháp sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh trong xác định độ sâu đó là cho phép rút ngắn thời gian thu nhận dữ liệu do đặc điểm của các vệt quét lớn. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm đó là hiện tại mới chỉ xác định được cho những khu vực có độ sâu nhỏ và nước cần có độ trong nhất định.

Bên cạnh các phương pháp như đã giới thiệu trước đó, để thành lập bản đồ 3 chiều dưới nước có thể sử dụng công nghệ chụp ảnh lập thể [3] với ba bước quan trọng đó là: (1) lựa chọn quỹ đạo chụp ảnh; (2) định vị quỹ đạo và (3) kết hợp các quỹ đạo khác nhau để tạo ảnh lập thể trên cơ sở ứng dụng phép lọc Kalman.

Tác giả [4] đã nghiên cứu chi tiết về các cảm biến thu nhận dữ liệu cũng như các phương pháp thành lập bản đồ 3D khảo cổ dưới nước. Theo đó, các đặc điểm như độ sâu, độ đục, nhiệt độ … ảnh hưởng đến việc lựa chọn cảm biến. Đối với những vùng nước có độ sâu lớn hơn 50 m cần sử dụng rô bốt chụp ảnh quang học trong khi những vùng nước nông hơn có thể lựa chọn công nghệ Lidar hoặc chụp ảnh hàng không nếu độ đục trong giới hạn cho phép. Đã có nhiều công bố về ứng dụng các loại công nghệ thu nhận dữ liệu khác nhau thành lập mô hình 3D, bản đồ 3D tại Việt Nam.

Tác giả [5] đã ứng dụng công nghệ quét laser mặt đất để thành lập cơ sở dữ liệu của các đối tượng công trình xây dựng tại trường Đại học Xây dựng với kết quả là cơ sở dữ liệu quản lý trên nền GIS. Với mục tiêu xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý công trình trong khu vực khai thác mỏ hầm lò, tác giả [6] đã sử dụng máy Faro FOCUS3D để tiến hành thu nhận dữ liệu với độ chính xác đo khoảng cách 6 mm đến 14 mm trong khoảng cách đo tương ứng từ 50 đến 150m. Bên cạnh các nghiên cứu trên, máy quét Hokuyo UTM LX30 cũng đã được khảo sát, đánh giá tính năng trong thành lập mô hình 3D các đối tượng công trình xây dựng [7–8].

Những năm gần đây, công nghệ UAV được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam trong thành lập bản đồ 2D, 3D, mô hình 3D của các đối tượng trên cạn. Nhà bát giác - chùa Láng đã được xây dựng mô hình 3D sử dụng thiết bị Swinglet-CAM [9]; thiết bị InSpire 1 đã được sử dụng để thành lập mô hình 3D cho các đối tượng thực nghiệm nhỏ tại Ba Vì - Hà Nội [10]. Để khắc phục nhược điểm một số đối tượng không thể thu nhận thông tin bằng thiết bị UAV, một số tác giả đã tích hợp máy quét laser mặt đất với thiết bị UAV để thành lập mô hình 3D của các đối tượng [11–13].

Mô hình 3D (hoặc bản đồ 3D) cần thiết cho rất nhiều các ứng dụng khác nhau như phục vụ cho xe lái tự động [14] cũng như đưa ra quyết định về các giải pháp tổ chức giao thông đô thị [15]. Mô hình 3D cũng đã được tích hợp với công nghệ GIS để xây dựng và quản lý thông tin của thành cổ Quảng Trị [16], trong quản lý biên giới [17] cũng như giám sát thảm họa như ô nhiễm môi trường [18].

Với dữ liệu đầu vào thu thập bằng các công nghệ như UAV, quét laser mặt đất … có nhiều phương pháp khác nhau để xây dựng mô hình 3D như sử dụng các phần mềm GIS [19– 20], sử dụng ngôn ngữ tiêu chuẩn Citygym và phần mềm mã nguồn mở [21] hoặc dựa trên công cụ 3DcityDB, CityGML trên nền tảng web [22].

Do đặc thù về điều kiện thu nhận dữ liệu, đơn vị thu nhận dữ liệu mà số lượng công bố về xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển hết sức hạn chế. Ưu điểm của dữ liệu đo sâu hồi âm đa tia đó là cho phép xác định một cách chính xác bề mặt địa hình đáy biển do thu nhập được tập hợp số điểm đo sâu lớn trong khu vực khảo sát. Công nghệ thủy âm quét sườn cho phép thu nhận hình ảnh hai chiều của các đối tượng một cách rõ nét nhưng có nhược điểm không gắn với yếu tố độ sâu. Trong nghiên cứu này, các tác giả nghiên cứu phương pháp và quy trình xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển từ dữ liệu đo sâu hồi âm đa tia và dữ liệu thủy âm quét sườn. Việc kết hợp hai loại dữ liệu nêu trên cho phép phát huy tối đa ưu điểm của các công nghệ để thu nhận được mô hình 3D địa hình đáy biển một cách chính xác nhất.

Khu vực thực nghiệm trong nghiên cứu này là khu vực biển Phan Rí - Bình Thuận do đặc điểm biến đổi mạnh của địa hình đáy biển từ đó mô hình 3D địa hình đáy biển được xây dựng được thể hiện một cách rõ nét.

Qua quá trình nghiên cứu, mô hình 3D địa hình đáy biển được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau cả trong lĩnh vực dân sự lẫn quân sự. Xây dựng mô hình 3D là xu hướng tất yếu trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Tại Việt Nam, do đặc thù về thu thập cũng như công bố dữ liệu mà cho đến thời điểm hiện tại có rất ít các công trình đã công bố liên quan đến xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển.

Các tác giả đã đề xuất phương pháp và quy trình xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển từ dữ liệu đo sâu hồi âm đa tia và dữ liệu thủy âm quét sườn. Từ phương pháp và quy trình đã lựa chọn, nhóm nghiên cứu đã thực nghiệm xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển cho khu vực Phan Rí tỉnh Bình Thuận. Kết quả kiểm chứng xây dựng mô hình cho thấy, độ chính xác của việc xây dựng mô hình hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về độ chính xác của việc thành lập bản đồ địa hình đáy biển.

Với mô hình 3D đã xây dựng được, có thể được sử dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong dẫn đường các phương tiện trong lực lượng hải quân mà điển hình là dẫn đường cho tàu ngầm.

Trong thời gian tới, cần tiếp tục nghiên cứu xây dựng môi trường 3D thực tế ảo để có thể phát huy tối ưu hơn nữa của việc xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển. Với môi trường thực tế ảo, bên cạnh ý nghĩa sử dụng trong thực tế còn ứng dụng có hiệu quả trong huấn luyện cũng như đào tạo các lĩnh vực có sử dụng mô hình 3D.