LiDAR ทำงานอย่างไร?

LiDAR: การตรวจจับและกำหนดระยะแสง

Passive vs Active sensor

เทคโนโลยี LiDAR หรือ Light Detection And Ranging คือเทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกลโดยการใช้แสงเลเซอร์ มีวัตถุประสงค์หลักคือการวัดระยะหรือความสูงของพื้นผิว ซึ่งอธิบายให้เข้าใจง่ายๆ LiDAR คือการวัดระยะเวลาที่แสงเลเซอร์ตกกระทบแล้วสะท้อนมายังตัวส่งสัญญาณนั่นเอง

เทคโนโลยีนี้สามารถใช้ในระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์ (GIS) เพื่อสร้างแบบจำลองระดับความสูง (DEM) หรือแบบจำลองภูมิประเทศ (DTM) สำหรับการทำแผนที่ 3 มิติ

LiDAR principle

หลักการทำงานของ LiDAR

• การปล่อยคลื่นเลเซอร์

• บันทึกสัญญาณสะท้อนกลับ (return)

• การวัดระยะทาง (เวลาเดินทาง x ความเร็วแสง)

• การดึงตำแหน่งเครื่องบินและระดับความสูง

• การคำนวณตำแหน่งการสะท้อนที่แม่นยำ

การทำงาน LiDAR เหมาะสำหรับ

• พื้นที่เล็กๆ (<10 ตร.กม. หรือ 100 กม.)

• การทำแผนที่เพื่อสำรวจพื้นดิน (ground)

• โซนที่เข้าถึงได้ยาก

• งานที่จำเป็นต้องทราบข้อมูลความถี่หรือข้อมูลแบบ Real-time

• ต้องการความแม่นยำระหว่าง 2.5 ถึง 10 ซม.

LiDAR ทำงานอย่างไร?

Schema on how lidar for drone works

คุณอาจเคยได้ยินเกี่ยวกับ LiDAR มาก่อนแต่ไม่มีความรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้เลย คุณจะได้เรียนรู้สิ่งที่เป็นไปตามหลักการพื้นฐานของ LiDAR นอกจากนี้คุณยังจะค้นพบแอปพลิเคชั่นมากมายสำหรับการทำแผนที่เลเซอร์ 3 มิติด้วยอากาศยานไร้คนขับ (หรือที่รู้จักในชื่อ UAV, UAS หรือโดรน)

ทำความเข้าใจวิธีการทำงานของ LiDAR

• ตัว LiDAR ปล่อยแสงเลเซอร์ออกมายังพื้นผิว

• แสงเลเซอร์สะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิดซึ่งคือตัว LiDAR

• วัดระยะเวลาที่เลเซอร์เดินทาง

• คำนวณระยะทางด้วยสูตร “ระยะทาง = (ความเร็วแสง x เวลาที่ผ่านไป) / 2”

องค์ประกอบของ LiDAR ที่ส่งผลต่อข้อมูลประกอบด้วย

อุปกรณ์ที่จำเป็นในการวัดระยะทางนับล้านจากเซ็นเซอร์ถึงจุดพื้นผิวคือระบบ LiDAR เทคโนโลยีขั้นสูงนี้ทำงานเร็วมากเนื่องจากสามารถคำนวณระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์ LiDAR และเป้าหมายได้ (เนื่องจากความเร็วแสงเตือนอยู่ที่ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที) ระบบ LiDAR ผสานรวมองค์ประกอบหลัก 3 ส่วน ไม่ว่าจะติดตั้งบนยานยนต์ เครื่องบิน หรือ UAV

Laser Scanner

มีผลอย่างมากต่อความละเอียดของงาน โดยเครื่องสแกนจะรับการสะท้อนกลับของแสงเลเซอร์ เพื่อวัดระยะทางและมุม และความเร็วในการสแกนมีผลต่อจำนวน Point Cloud ที่เกิดขึ้น

ระบบนำทางและระบุตำแหน่ง

การระบุตำแหน่งที่แน่นอนเป็นสิ่งสำคัญที่ทำให้ข้อมูลมีความแม่นยำมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการใช้สัญญาณดาวเทียม GNSS ในการกำหนดตำแหน่งละติจูด ลองจิจูด และความสูง เพื่อนำมาประมวลผลแผนที่ 3 มิติให้มีความแม่นยำมากขึ้น

เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์

เป็นอีกหนึ่งสิ่งที่สำคัญ เนื่องจากข้อมูลที่ได้จากการสแกนด้วย LiDAR จำเป็นต้องนำมาประมวลผลเพื่อให้ได้ข้อมูลออกมาในรูปแบบPoint cloud ที่สามารถนำไปใช้งานต่อได้ การมีคอมพิวเตอร์ที่มี spec ที่เหมาะสมกับการประมวลผล จะทำให้ข้อมูลออกมาสมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น

วิเคราะห์ความต้องการของโครงการให้เหมาะสมกับข้อกำหนดของ LiDAR

• Laser Scanner: Accuracy ที่ต้องการในโครงการ

• GNSS: สถานีอ้างอิง GNSS + เครื่องรับสัญญาณ GNSS เข้ากันได้กับ GNSS (GPS, GLONASS, BEiDOU หรือ Galileo) ที่ใช้งานอยู่หรือไม่ จำเป็นต้องมี ground station ไหม?

• Batteries: แบตเตอรี่เป็นแบบภายในหรือภายนอก?

• Mounting: LiDAR ที่มีอยู่ เหมาะสมกับการติดตั้งบนยานพาหนะแบบไหน (โดรน,เครื่องบิน หรือ รถยนต์)

• Datafile: รูปแบบของไฟล์ที่ได้เป็นแบบไหน ยกตัวอย่างเช่น ข้อมูล LiDAR ของYellowScan ประมวลผลใน CloudStation จะได้ข้อมูล point cloud เป็นไฟล์ .Laz/Las รวมถึงโมเดลระดับความสูงภูมิประเทศ

• Data post-processing: จะประมวลผลข้อมูลแบบใดบ้าง (การ Classification, การColorization หรือการสร้าง DTM)

การประยุกต์ใช้ LiDAR กับงานต่างๆ

• พลังงานและสาธารณูปโภค: การสำรวจสายไฟเพื่อตรวจจับปัญหาการหย่อนคล้อยของเส้นหรือเพื่อวางแผนกิจกรรมการตัดแต่ง

• การทำเหมือง: การคำนวณพื้นผิว/ปริมาตรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการปฏิบัติงานของเหมือง

• การก่อสร้างและวิศวกรรม: การทำแผนที่เพื่อช่วยปรับระดับ การวางแผน และการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างพื้นฐาน (ถนน ทางรถไฟ สะพาน ท่อส่ง สนามกอล์ฟ) หรือการปรับปรุงใหม่หลังภัยพิบัติทางธรรมชาติ การสำรวจการกัดเซาะชายหาดเพื่อสร้างแผนฉุกเฉิน

• โบราณคดี: การทำแผนที่ผ่านป่าไม้เพื่อเร่งการค้นพบและวัตถุต่างๆ

• ป่าไม้: การทำแผนที่ป่าไม้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกิจกรรมหรือช่วยนับต้นไม้

• การวิจัยด้านสิ่งแวดล้อม: การวัดความเร็วการเติบโต การแพร่กระจายของโรค