LiDAR เทคโนโลยีสำรวจระยะไกลด้วยแสงเลเซอร์

LiDAR เทคโนโลยีสำรวจระยะไกลด้วยแสงเลเซอร์

    เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลจำเป็นกับโลกใบนี้และไม่ได้เฉพาะแค่การทำแผนที่ แต่ยังถูกนำไปใช้ในวงการต่างๆ ทั้งด้านภัยพิบัติ มลพิษ พลังงาน รวมถึงในอุตสาหกรรมต่างๆ ซึ่ง LiDAR เป็นเทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลด้วยแสงเลเซอร์ที่พัฒนาการตรวจจับแสงและการวัดระยะแบบเรียลไทม์ได้อย่างแม่นยำ

LiDAR คืออะไร 

    LiDAR (Light Detection and Ranging) คือ เทคโนโลยีการรับรู้ระยะไกลที่ใช้แสงเลเซอร์เพื่อวัดระยะทางและการเคลื่อนไหวที่แม่นยำในสภาพแวดล้อมแบบเรียลไทม์ โดยมีหลักการทำงานคือส่งแสงเลเซอร์ไปกระทบวัตถุหรือพื้นผิวและวัดระยะเวลาที่ลำแสงสะท้อนกลับมายังต้นทางเพื่อวัดระยะหรือความสูงของพื้นผิว นิยมนำมาใช้ในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์สำหรับแผนที่ 3 มิติ นอกจากนั้นยังนำมาใช้ในเทคโนโลยีในชีวิตประจำวันอย่างยานพาหนะ หุ่นยนต์ทำความสะอาด ฟีเจอร์ในสมาร์ตโฟน เป็นต้น

องค์ประกอบสำคัญของ LiDAR

    1) เลเซอร์ (The Laser) กำลังสูงที่ปล่อยแสงไปยังวัตถุต่างๆ เพื่อสะท้อนแสงเลเซอร์กลับมาวัด

    2) เครื่องสแกน (The Scanner) มีความหลากหลายขึ้นอยู่กับประเภทข้อมูลที่ต้องการวัด โดยชนิดของเลนส์และออปติกที่ใช้ในเครื่องสแกน LiDAR แตกต่างกันไปตามอุปกรณ์การรวบรวมสัญญาณที่สะท้อนกลับ

    3) ระบบระบุตำแหน่งบนพื้นโลก (Global Positioning System - GPS) ขั้นสูง เพราะระบบ LiDAR ต้องระบุตำแหน่งที่แน่นอนของตนเองเพื่อให้วัดสัญญาณสะท้อนกลับได้ถูกต้อง

การทำงานของ LiDAR

    LiDAR ทำงานบนหลักการเดียวกับเรดาร์หรือการตรวจจับและวัดระยะด้วยคลื่นวิทยุ และโซนาร์หรือการนำทางด้วยคลื่นเสียงและการวัดระยะ โดยทั้งสามเทคโนโลยีจะปล่อยคลื่นพลังงานเพื่อตรวจจับและติดตามวัตถุ แต่แตกต่างกันตรงที่เรดาร์ใช้คลื่นไมโครเวฟ โซนาร์ใช้คลื่นเสียง และ LiDAR ใช้แสงสะท้อนกลับ ทำให้ LiDAR วัดระยะทางได้เร็วกว่า แม่นยำกว่า และมีความละเอียดสูงกว่าเรดาร์หรือโซนาร์

ประเภทของ LiDAR

    1) LiDAR ทางอากาศ หรือระบบสแกนเลเซอร์ทางอากาศ ใช้เครื่องสแกน LiDAR ที่ติดตั้งบนเครื่องบิน เพื่อสร้างแบบจำลองสามมิติของพื้นผิวดิน ทำให้การสร้างแบบจำลองระดับความสูงแบบดิจิทัลของพื้นผิวโลกและการสร้างแบบสำรวจเรือนยอดป่าและแบบจำลองภูมิประเทศของพื้นผิวดินของป่าแม่นยำมากกว่าเดิม

    2) LiDAR บนพื้นดิน มักใช้ในการทำแผนที่ภูมิประเทศ เหมาะกับการทำแผนที่พื้นที่ขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง มีหลายประเภท อาทิ LiDAR แบบคงที่ตำแหน่งเดียว ระบบ Mobile LiDAR (MLS) เครื่องมือช่วยผู้ขับขี่ตรวจจับแสงแบบเรียลไทม์ นอกจากนี้ยังระบุทรัพย์สินและโครงสร้างพื้นฐานบนถนนได้อย่างรวดเร็ว 

LiDAR กับการประยุกต์ใช้

    • เกษตรกรรม เซนเซอร์ LiDAR ช่วยวัดภูมิทัศน์และภูมิประเทศทางการเกษตร ประเมินชีวมวลพืช ตรวจจับคุณสมบัติของดิน ตลอดจนบังคับรถยนต์ฟาร์มไร้คนขับ

    • การบินและอวกาศ LiDAR ใช้ทำแผนที่ภูมิประเทศ วัดความเร็วลม อีกทั้งป้องกันประเทศ ล่าทุ่นระเบิด วางแผนและสร้างภาพสนามรบที่มีความซับซ้อน

    • ยานยนต์ LiDAR ใช้ในระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง ADAS และยานยนต์ไร้คนขับ โดยใช้ข้อมูลแผนที่ LiDAR แบบ 3 มิติเพื่อนำทางในทุกสภาพแวดล้อม

    • วัดความลึกของน้ำ โดยใช้แสงเลเซอร์สีเขียว LiDAR เจาะน้ำและสร้างแบบจำลองระดับความสูงแบบดิจิทัลของแหล่งน้ำตื้น แม่น้ำ และพื้นทะเลชายฝั่ง วัดการกัดเซาะ ประเมินความเสี่ยงภายในเขตน้ำท่วม

    • ป่าไม้ LiDAR ใช้ทำแผนที่ภูมิประเทศอย่างละเอียด วัดลักษณะโครงสร้างต้นไม้ ติดตามควบคุมไฟป่า

    • พลังงาน LiDAR ใช้ประเมินลม สำรวจน้ำมันและก๊าซ จัดการพืชพรรณเพื่อบำรุงรักษาสายไฟฟ้า

    • ธรณีวิทยาและเหมืองแร่ มีการใช้ LiDAR สำรวจ ทำแผนที่ วัดปริมาตรในเหมืองหิน

    •  จัดการพืชพรรณ LiDAR ใช้สแกนผ่านเรือนยอดป่า ตรวจสอบความหนาแน่นของพืชพันธุ์ ระบุพืชพันธุ์ที่อาจมีความเสี่ยงสูงต่อสาธารณูปโภคและโครงสร้างพื้นฐานอื่นๆ

    • ก่อสร้าง LiDAR สำรวจสถานที่ก่อสร้างได้เร็วและแม่นยำ ตรวจสอบและประเมินความปลอดภัย

    • พยากรณ์อากาศ เซนเซอร์ LiDAR ใช้วัดอุณหภูมิ ปริมาณเมฆ ความเร็วลม ความหนาแน่นของอากาศ และพารามิเตอร์ในบรรยากาศอื่นๆ จำลองการพยากรณ์อากาศ

ประโยชน์ของ LiDAR

    • รวดเร็ว (Speed) ระบบ LiDAR เก็บข้อมูลได้ถึงหนึ่งล้านจุดต่อวินาทีจึงเป็นหนึ่งในวิธีการสำรวจที่เร็วที่สุดในปัจจุบัน

    • แม่นยำ (Accuracy) ระบบ LiDAR เก็บข้อมูลที่หนาแน่นสูง โดยมีระยะห่างระหว่างจุดน้อยมาก ส่งผลให้ข้อมูลแม่นยำสูง นำไปใช้วางแผนและสร้างแบบจำลองได้ละเอียด แม่นยำ และตรงตามความต้องการ

    •  ยืดหยุ่น (Flexibility) เทคโนโลยี LiDAR มีตัวเลือกหลากหลายในการใช้งานสำรวจตามความต้องการของแต่ละแอปพลิเคชัน อีกทั้งติดตั้งบนแพลตฟอร์มต่างๆ ได้ เก็บข้อมูลได้ตลอดเวลาทั้งกลางวันและกลางคืน

    • ปลอดภัย (Safety) ระบบ LiDAR ทำงานได้เร็วและปฏิบัติงานได้จากระยะไกลจึงเหมาะกับพื้นที่ที่อาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์เมื่อต้องปฏิบัติงาน ทำให้ผู้ปฏิบัติงานไม่ต้องเสี่ยงด้านความปลอดภัย

อนาคตของ LiDAR

    ทีมวิจัยกำลังพัฒนาระบบและอัลกอริทึมใหม่ๆ เพื่อเพิ่มความแม่นยำ ความรวดเร็ว และประสิทธิภาพของ LiDAR โดยมุ่งเน้นการทำให้เทคโนโลยี LiDAR ขนาดเล็กลง เบาลง และราคาถูกลง เพื่อช่วยให้นำไปใช้ได้อย่างแพร่หลายมากขึ้นในอุตสาหกรรมและแอปพลิเคชันต่างๆ รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค หุ่นยนต์ และอุปกรณ์สมาร์ตโฮม ในอนาคตแอปพลิเคชันของ LiDAR มีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นอีกมากมาย

ข้อมูลอ้างอิง :

     - aonic.com/th/lidar-point-cloud/

    - oceanservice.noaa.gov/facts/lidar.html

    - opentopography.org/lidar_basics

    - www.advancednavigation.com/tech-articles/insights-into-lidar-technology-and-lidar-based-surveying/

    - www.flyability.com/blog/lidar

    - www.gistda.or.th/news_view.php?n_id=5884&lang=EN

    - www.ibm.com/think/topics/lidar

    - www.neonscience.org/resources/learning-hub/tutorials/lidar-basics

    - www.takeoffpros.com/blog/lidar-surveying-explained/

    - www.utel.co.th/en/news-detail/40

    - www.yellowscan.com/knowledge/how-does-lidar-work/