Embedded Files
เทคโนโลยี LiDAR ในงานป่าไม้
เทคโนโลยี LiDAR ในงานป่าไม้
เทคโนโลยี LiDAR เกิดขึ้นและประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ มานานแล้ว แต่ปัจจุบันได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น เพราะด้วยความก้าวหน้าทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟแวร์จึงทำให้เทคโนโลยีนี้จับต้องได้ง่ายขึ้น เข้าถึงผู้ใช้ได้มากขึ้น เช่น LiDAR ที่ติดตั้งมาบนโทรศัพท์มือถือไอโฟนบางรุ่น รถยนต์ที่มี LiDAR เป็นต้น แล้วงานในป่าไม้ของเราล่ะใช้ LiDAR บ้างหรือป่าว ลองมาสำรวจไปด้วยกัน
LiDAR ย่อมาจาก Light Detection And Ranging หากแปลเป็นไทยจะได้ว่า การตรวจจับแสงและการวัดระยะ หรือคือการวัดระยะทางด้วยแสง เดิมทีเวลาเราวัดระยะทางจะใช้เทปวัดระยะดึงจากจุดที่ต้องการทราบระยะทางสองจุดแล้วอ่านค่าบนเทปว่าได้ระยะทางเท่าไหร่ แต่การวัดระยะทางด้วยแสงเราไม่จำเป็นต้องเดินไปยังจุดที่ต้องการวัดระยะทาง เพียงใช้หลักการเคลื่อนที่ของแสงโดยแหล่งกำเนิดแสงหรือเซนเซอร์จะปล่อยแสงออกไป เมื่อแสงกระทบกับวัตถุจะสะท้อนกลับมายังแหล่งกำเนิดแสงซึ่งมีตัวรับแสง
แสงเดินทางด้วยความเร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ดังนั้นเมื่อทราบเวลาในการส่งแสง และรับแสง ก็สามารถคำนวณหาผลต่างของเวลาในการเดินทางของแสงระหว่างแหล่งกำเนิดแสงกับวัตถุ เมื่อนำมาคำนวณกับอัตราเร็วของแสงก็จะทราบระยะห่างของแหล่งกำเนิดแสงกับวัตถุ เป็นการสำรวจแบบไม่สัมผัสและไม่ทำลายวัตถุ (Non-destructive) จัดว่าเป็น Remote sensing แบบ Active คือปล่อยพลังงานเอง จึงไม่มีข้อจำกัดในการทำงานในเวลากลางคืน
การคำนวณระยะทางของ LiDAR แบ่งเป็น 2 วิธี คือ
1 Phase shift measurement คำนวณเวลาการเดินทางของแสงจากความแตกต่างของเฟสคลื่นแสง
2 Time of flight measurement คำนวณเวลาจากผลต่างเวลาของตัวส่งและตัวรับโดยตรง
อุปกรณ์แต่ละรุ่นจะระบุไว้ว่าคำนวณระยะทางด้วยวิธีไหน
Source: Wu, C.; Yuan, Y.; Tang, Y.; Tian, B. Application of Terrestrial Laser Scanning (TLS) in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) Industry. Sensors 2022, 22, 265. https://doi.org/10.3390/s22010265
ระยะทางที่ได้นั้นคือระยะทางของข้อมูล 1 จุดที่ได้จากการเดินทางของแสงหนึ่งเส้นทาง แต่เครื่องมือ LiDAR ที่เราจะกล่าวถึงนี้สามารถปล่อยคลื่นแสงได้เป็นล้านจุดต่อวินาที คิดง่ายๆ หากเราปล่อยคลื่นแสง 1 นาที แสงจะไปกระทบวัตถุแล้วเดินทางย้อนกลับคิดระยะทางได้ไม่ต่ำกว่า 60 ล้านจุดต่อนาที ข้อมูลจุดจำนวนมากนี้เรียกว่า point cloud เมื่อทราบระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดแสงกับวัตถุจะสามารถคำนวณพิกัดของจุดนั้นได้จากค่ามุมและระยะทางในแนวดิ่งของแหล่งกำเนิดแสงทำให้ได้ค่าพิกัด X, Y,Z ของจุดนั้นๆ ข้อมูลพิกัดของจุดที่ได้อยู่ในรูปแบบสามมิติซึ่งสามารถวัดมิติต่างๆ ของวัตถุนั้นได้
การแบ่งประเภทของ LiDAR สามารถแบ่งได้ตามอุปกรณ์ที่นำเซนเซอร์ LiDAR ไปติดตั้ง แบ่งออกเป็น
1. ทางอากาศ ALS (Airborne laser scanning) เซนเซอร์ LiDAR จะถูกติดตั้งด้านล่างของเครื่องบิน หรืออากาศยานไร้คนขับ (UAV) โดยส่งคลื่นแสงหรือเลเซอร์จากลงมาที่พื้นด้านล่าง ข้อมูลที่ได้จะเป็น point cloud จากมุมมองด้านบน
Source : http://wiki.awf.forst.uni-goettingen.de/wiki/index.php/3D-_Terrestrial_laser_scanning
2 .ทางพื้นดิน TLS (Terrestrial laser scanning) เซนเซอร์ LiDAR ภาคพื้นดินสามารถแบ่งได้ 2 ประเภทคือ แบบติดตั้งบน tripod และแบบเคลื่อนที่ (Mobile Laser Scanning :MLS) แบบติดตั้งบน tripod จะเก็บข้อมูลมุมมองในแนวนอน (horizontal) ได้ 360 องศาและแนวดิ่ง (vertical) ได้ประมาณ 300 องศา การตั้งเครื่องเซนเซอร์หนึ่งครั้งจะเก็บข้อมูลได้ไกลเท่าไหร่ขึ้นอยู่กับสเปกของอุปกรณ์ เมื่อต้องเก็บข้อมูลบริเวณกว้างจำเป็นต้องตั้งเครื่องหลายครั้งโดยจะต้องมีจุดอ้างอิง (references) เพื่อใช้ในการเชื่อมต่อข้อมูลแต่ละการตั้งเครื่องเข้าด้วยกัน สำหรับLiDAR ภาคพื้นดินแบบเคลื่อนที่มีทั้งแบบใช้มือถือเพื่อเดินเก็บข้อมูลไปยังจุดที่ต้องการโดยไม่ต้องใช้จุดอ้างอิง กับแบบที่ติดตั้งบนอุปกรณ์เคลื่อนที่ภาคพื้นดิน เช่น รถยนต์ ซึ่งเทคโนโลยี LiDAR ที่ติดตั้งกับรถยนต์นี้เองเป็นเทคโนโลยีที่ช่วยในการขับขี่อัตโนมัติ โดยการขับขี่อัตโนมัติของรถยนต์จำเป็นจะต้องได้รับข้อมูลการประมวลผลแบบเรียลไทม์ SLAM (simultaneous localization and mapping) จึงเป็นเทคโนโลยีที่ถูกนำมาใช้โดยประมวลผลจากข้อมูลเซ็นเซอร์ต่างๆ แล้วแสดงเป็นแผนที่ในแบบเรียลไทม์ ซึ่ง LiDAR เป็นหนึ่งในเซ็นเซอร์ที่ใช้ในระบบ SLAM
แล้วในงานทางป่าไม้นำ LiDAR มาใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง ลองดูตัวอย่างจากงานวิจัยในต่างประเทศกัน
การสร้างแบบจำลองพื้นผิว DSM DTM ที่มีความละเอียดสูงเพื่อใช้ในการวางแผนและจัดการป่าไม้
การวัดโครงสร้างของต้นไม้ที่มีความละเอียด และซับซ้อนเพื่อให้ได้ข้อมูลการสำรวจป่าที่ถูกต้องแม่นยำมากขึ้น มีทั้งการศึกษาความโต ความสูงของต้นไม้ การประเมินมวลชีวภาพ รวมถึงการกักเก็บคาร์บอน การศึกษามิติของต้นไม้แบบรายต้นหรือหมู่ไม้
การเก็บข้อมูลต้นไม้ โครงสร้างป่าเพื่อจัดทำแผนที่สามมิติ
การขับขี่อัตโนมัติของเครื่องจักรกลในป่า กรณีนี้จะติดตั้ง LiDAR ไว้กับเครื่องจักรกล เช่น รถตัดไม้ รถขนส่งไม้ เป็นต้น เพื่อเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อมแล้วประมวลผล ใช้เป็นข้อมูลในการควบคุมการเคลื่อนที่ของเครื่องจักรกล เป็นต้น
ทั้งนี้ข้อมูล point cloud ในพื้นที่ป่าไม้กำลังได้รับความนิยมในกลุ่มนักวิจัยซึ่งมีโอกาสในการพัฒนาการเก็บข้อมูลที่ละเอียด แม่นยำ และสร้างระบบอัตโนมัติเพื่อใช้วิเคราะห์ข้อมูลป่าไม้ให้สะดวก และรวดเร็วมากยิ่งขึ้น
#LiDAR #TLS #ป่าไม้ #SLAM
ผู้เขียน : ผศ.ดร.ลัดดาวรรณ เหรียญตระกูล ภาควิชาวิศวกรรมป่าไม้ คณะวนศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ (14 Feb 2023)
Page updated
Google Sites
Report abuse