LiDAR เทคโนโลยีแห่งโลกอนาคต สู่ตัวช่วยสำคัญในการถอดรหัสอดีต

การเติบโตของเทคโนโลยีมักสร้างความน่าประหลาดใจให้กับผู้คนอยู่เสมอ ซึ่ง “ไลดาร์” (LiDAR) ก็เป็นอีกหนึ่งสิ่งที่สามารถยืนยันในเรื่องนี้ได้อย่างดีโดยเฉพาะหากใครที่สนใจโลกแห่งการสำรวจ เพราะ LiDAR กำลังถูกยกให้เป็นสุดยอดเทคโนโลยีแห่งอนาคตด้านการวัดระยะพร้อมสร้างภาพ 3D ลองมาศึกษาความพิเศษกับเทคโนโลยีตัวนี้กันได้เลย

รู้จักกับ LiDAR เทคโนโลยีแห่งโลกอนาคต

ไลดาร์ (LiDAR) ย่อมาจาก Light Detection and Ranging (บางแห่งก็ให้นิยามว่า "Laser Imaging, Detection, and Ranging") คือ เทคโนโลยีที่ถูกพัฒนาขึ้นโดยมีจุดประสงค์สำคัญเพื่อคำนวณระยะความสูงของวัตถุและพื้นที่ต่าง ๆ หลักการทำงานสำคัญจะใช้วิธียิงแสงเลเซอร์คลื่นยาวให้กระทบกับวัตถุที่ต้องการวัดระยะ ซึ่งระหว่างนั้นตัวระบบจะคำนวณเวลาที่แสงใช้เดินทางตั้งแต่ถูกปล่อยออกจากอุปกรณ์จนถึงวัตถุและสะท้อนกลับมายังตัวรับสัญญาณ (คำนวณค่าความเร็วแสง) เพื่อให้เกิดผลลัพธ์ขึ้นภายใต้สูตรการคำนวณ

ระยะทาง = (เวลาที่แสงเดินทาง x ความเร็วของแสง) / 2

อย่างไรก็ตาม LiDAR ไม่ได้ถือเป็นสิ่งใหม่เพราะจริง ๆ แล้วเทคโนโลยีตัวนี้ถูกพัฒนาขึ้นตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1960 หลังมีการเกิดขึ้นของเทคโนโลยีโซนาร์ (Sonar) และ เรดาร์ (Radar) ด้วยหลักการทำงานลักษณะเดียวกันแต่แตกต่างในเรื่องของพลังงานที่ใช้ โดย LiDAR ใช้แสงเลเซอร์ โซนาร์ใช้คลื่นเสียง และเรดาร์ใช้คลื่นวิทยุ

ทั้งนี้หากย้อนประวัติของ LiDAR แนวคิดดังกล่าวเกิดขึ้นมาตั้งแต่ยุคทศวรรษ 1930 โดย E. H. Synge ผู้คิดค้นการใช้ไฟแบบสปอร์ตไลต์เพื่อสำรวจท้องฟ้าและบรรยากาศ กระทั่งปี ค.ศ. 1961 Malcolm Stitch ผู้นำแห่งบริษัท Hughes Aircraft ได้เปิดตัวระบบคล้าย LiDAR เป็นครั้งแรก แต่ถ้าพูดถึงการนำระบบ LiDAR มาประยุกต์ใช้แบบจริงจังคือการวัดปริมาณเมฆและมลพิษของกรมอุตุนิยมวิทยาก่อนจะถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนทันสมัยแบบยุคปัจจุบัน

องค์ประกอบของ LiDAR มีอะไรบ้าง

สำหรับองค์ประกอบที่จะทำให้ ไลดาร์ (LiDAR) สร้างผลลัพธ์อันน่าพึงพอใจแบ่งออกเป็น 3 ส่วน ซึ่งทุกส่วนต้องทำงานประสานกัน ประกอบไปด้วย

1. ระบบ Sensor สำหรับใช้เพื่อวัดระยะทางด้วยพลังงานเลเซอร์  

2. ระบบ GPS ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกเพื่อระบุจุดของวัตถุและระดับความสูงของเครื่องรับสัญญาณ

3. Inertial Measurement Unit (IMU) หรือหน่วยของเซนเซอร์สำหรับใช้วัดความเคลื่อนไหว (หน่วยวัดความเฉื่อย) โดยตัวเครื่องจะอาศัยแรงเฉื่อยเพื่อวัดค่าออกมา มีส่วนสำคัญอย่างมากกับการวางตำแหน่งของเครื่องบินหรือดาวเทียม

เมื่อระบบ LiDAR มีการทำงานตามขั้นตอนครบถ้วนโดย 3 องค์ประกอบสำคัญที่กล่าวไป ผลลัพธ์หรือข้อมูลดิบที่เกิดขึ้นจะแสดงออกในรูปแบบ Point Clouds (รูปแบบจุด) ซึ่งแต่ละจุดเองจะมีตำแหน่งระยะทั้งแนวราบและแนวดิ่งระบุไว้เสมอ 

ความพิเศษของ LiDAR ในการวัดระยะนั่นคือ สามารถใช้ได้ตั้งแต่วัตถุขนาดเล็กจนถึงสิ่งปลูกสร้างขนาดใหญ่ และยังใช้ได้ดีกับวัตถุใต้พื้นผิวโลก ด้วยวิธีสำรวจทางอากาศเพื่อสร้างแบบจำลองเชิงเลข ได้แก่ 

1. DEM (Digital Elevation Model) แบบจำลองความสูงเชิงเลขซึ่งจะแสดงเฉพาะพื้นผิวหรือลักษณะภูมิประเทศของโลก

2. DSM (Digital Surface Model) แบบจำลองพื้นผิวเชิงเลขซึ่งจะแสดงถึงลักษณะพื้นผิว (ความสูง) ของสิ่งปกคลุมดินร่วมด้วย เช่น สิ่งปลูกสร้าง เรือนยอดต้นไม้ เป็นต้น

ปกติแล้ว LiDAR จะถูกนำมาใช้สำหรับงานสำรวจเชิงธรณีวิทยาเพื่อนำข้อมูลที่ได้ไปวิเคราะห์พื้นผิวตามจุดต่าง ๆ เช่น 

- การสร้างเส้นชั้นความสูง (Contour Line) 

- ประเมินพื้นที่การมองเห็น (Viewshed) 

- คำนวณระดับความลาดชัน (Slope) 

- สังเกตลักษณะการตกกระทบของแสง (Hillshade) 

- การหาปริมาตรสำหรับขุดและถมที่ (Cut and Fill)

อย่างไรก็ตามเทคโนโลยี LiDAR ยังสามารถใช้เพื่อจุดประสงค์เพิ่มเติมอื่น ๆ ได้อีกมากมายไม่ว่าจะเป็น

- หามุมมองดีที่สุดของสถานที่ต่าง ๆ ก่อนการปลูกสร้าง เช่น รีสอร์ต ที่พัก

- ใช้ประเมินความเสียหายของภัยพิบัติที่เกิดขึ้น 

- การตรวจสอบพื้นที่น้ำท่วม 

- การสำรวจแม่น้ำ (คำนวณความลึก-ตื้น) 

- การสร้างแบบจำลองมลพิษเพื่อคำนวณความหนาแน่นของมลพิษจากนั้นจึงวางแผนหาวิธีแก้

- งานด้านโบราณคดีหรืองานก่อสร้างอาคาร เพื่อประเมินความเหมาะสมหากต้องบูรณะ หรือการค้นพบสถานที่โบราณในอดีต เป็นต้น

- งานด้านยานยนต์ ใช้ตรวจสอบวัตถุรอบคันรถเพื่อความปลอดภัย ใช้ในรถรุ่นที่มีระบบขับขี่ด้วยตนเอง

จุดด้อยของ LiDAR เมื่อเทียบกับกล้องทั่วไป

แม้ LiDAR จะมีประโยชน์ด้านงานสำรวจและอื่น ๆ มากมาย อย่างไรก็ตามหากมีการเทียบกับกล้องปกติก็ยังพบเจอจุดด้อยบางอย่างด้วย

- FPS (ค่าความละเอียดเฟรม) ของ LiDAR ต่ำกว่ากล้องมาก ยิ่งยิงแสงออกไปไกลเท่าไหร่ค่าดังกล่าวก็ต่ำลงเรื่อย ๆ โดยค่า FPS ของ LiDAR อยู่ราว 15-30 FPS (ตัว 30 FPS มีต้นทุนเกิน 20,000 บาท) แต่ถ้ากล้องทั่วไปคุณสามารถได้ค่าระดับ 60 FPS โดยไม่ต้องจ่ายแพงเลยด้วยซ้ำ 

- การเก็บรายละเอียดด้านสีสันและข้อมูลพื้นผิวของ LiDAR ไม่ละเอียดคมชัดเท่ากล้องทั่วไป แต่จะโดดเด่นด้านข้อมูลความลึก

จากข้อมูลเหล่านี้บ่งบอกได้ชัดเจนว่า “ไลดาร์” (LiDAR) คือเทคโนโลยีแห่งโลกอนาคตที่จะช่วยให้การถอดรหัสอดีตเป็นเรื่องง่ายขึ้น รวมถึงยังสร้างประโยชน์ในหลายแวดวงอีกด้วย พร้อมตอบข้อสงสัยและสร้างความเข้าใจถึงสิ่งใหม่ ๆ ในอนาคตได้อย่างมีประสิทธิภาพ