2024-07-09
ในปัจจุบันมีมากมายเครื่องสแกน LiDAR แบบพกพา SLAMผลิตภัณฑ์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาด แต่ SLAM คืออะไร มีวัตถุประสงค์อะไร และเราจะเลือกผลิตภัณฑ์เครื่องสแกน SLAM LiDAR แบบพกพาที่เหมาะสมได้อย่างไร บทความนี้จะให้คำตอบแก่คุณ
SLAM ย่อมาจาก Simultaneous Localization and Mapping ประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญ 3 ประการ ได้แก่ พร้อมกัน ระบุตำแหน่ง และจัดทำแผนที่
การระบุตำแหน่งคือกระบวนการระบุตำแหน่งของอุปกรณ์ภายในแผนที่ที่กำหนด เช่นเดียวกับการระบุตำแหน่งด้วย GPS หรือสถานีรวม การระบุตำแหน่งด้วย SLAM จะวัดระยะทางและมุมระหว่างอุปกรณ์ J และจุดอ้างอิงที่ทราบ (A, B, C) เพื่อคำนวณตำแหน่งของหุ่นยนต์
แน่นอนว่าคำอธิบายแบบย่อของการระบุตำแหน่งที่กล่าวถึงข้างต้นไม่ได้ครอบคลุมถึงประเด็นสำคัญอย่างหนึ่ง ซึ่งก็คือทิศทางหรือการวางแนว (Roll, Pitch, Heading) ของอุปกรณ์ การได้รับค่าทั้งสามนี้เกี่ยวข้องกับการแปลงพิกัดระหว่างระบบพิกัดเซนเซอร์และระบบพิกัดแผนที่ ซึ่งสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นมุมหมุนในการแปลงพารามิเตอร์เจ็ดตัว
เมื่อทราบตำแหน่งและทิศทาง (J1-J3 ในแผนภาพด้านล่าง) ของสถานที่ต่างๆ แล้ว เราสามารถใช้เครื่องสแกน LiDAR เพื่อสแกนวัตถุและรับข้อมูลแผนที่ กระบวนการนี้ค่อนข้างคล้ายกับเวิร์กโฟลว์ของการถ่ายภาพแบบเอียง โดยจะระบุตำแหน่งและทิศทางของภาพถ่ายที่แม่นยำ (เรียกว่า "จุดตัดของอวกาศ") ตามด้วยการสร้างภาพวัตถุสามมิติขึ้นมาใหม่
ตอนนี้คุณอาจสงสัยว่าแผนที่มาก่อนหรือมาทีหลัง หากแผนที่มาก่อน เราสามารถสแกนฉากด้วยตำแหน่งและทิศทางที่ทราบ แต่ถ้าเรามีแผนที่อยู่แล้ว ทำไมต้องสแกนด้วย ยิ่งไปกว่านั้น หากเรามีแผนที่ เราก็สามารถรับตำแหน่งและทิศทางได้ ทำให้เราสแกนฉากได้ อย่างไรก็ตาม คำถามที่เกิดขึ้นคือ การระบุตำแหน่งเริ่มต้นมาจากไหน ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง เราสามารถพึ่งพา GPS และ IMU เพื่อระบุตำแหน่งได้ แต่ในพื้นที่เช่นทางเดินใต้ดินที่ไม่มีสัญญาณ GPS เราจำเป็นต้องมีข้อมูลแผนที่ ดังนั้น คำถามข้างต้นจึงคล้ายกับ "ปัญหาไก่กับไข่"
นี่คือจุดที่ลักษณะ "พร้อมกัน" ของ SLAM เข้ามามีบทบาท พูดอย่างง่ายๆ ก็คือ เราสามารถระบุตำแหน่งและสร้างแผนที่ไปพร้อมๆ กันได้ ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพว่าคุณต้องการสำรวจห้างสรรพสินค้าในสถานที่ที่ไม่คุ้นเคย ขั้นแรก คุณนั่งแท็กซี่ไปที่ทางเข้าห้างสรรพสินค้าและถ่ายรูปไว้เป็นจุดอ้างอิง หลังจากเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับทางเข้าและบริเวณโดยรอบแล้ว คุณก็จะเข้าไปในห้างสรรพสินค้าและผ่านกระบวนการลงทะเบียนด้านสุขภาพ ขณะที่คุณสำรวจแต่ละร้านค้า คุณจะสร้างความเชื่อมโยงระหว่างร้านค้าที่อยู่ติดกัน โดยสังเกตระยะทาง ความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ และตำแหน่งปัจจุบันของคุณ การเยี่ยมชมร้านค้าทั้งหมดตามลำดับจะช่วยให้คุณค่อยๆ พัฒนาความเข้าใจองค์รวมของเค้าโครงของห้างสรรพสินค้า
โดยสรุป SLAM ช่วยให้เราระบุตำแหน่งและสร้างแผนที่ได้พร้อมกัน ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในสถานการณ์ที่การระบุตำแหน่งเบื้องต้นเป็นเรื่องท้าทายหรือเมื่อสัญญาณ GPS ไม่พร้อมใช้งาน ทำให้เราสามารถสำรวจและสร้างแผนที่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่รู้จักได้
เมื่อพิจารณาซื้ออุปกรณ์ใหม่ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจการใช้งานและการใช้งานที่เป็นไปได้ของอุปกรณ์นั้น ๆ ต่อไปนี้คือพื้นที่การใช้งานหลักสามประการสำหรับเครื่องสแกน LiDAR แบบพกพา SLAM:
อุปกรณ์ SLAM แบบพกพาเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสำรวจเหมืองแร่ เนื่องจากเหตุผลดังต่อไปนี้:
เนื่องจากไม่มีสัญญาณ GPS ในเหมือง จึงเป็นเรื่องท้าทายในการใช้การวัด RTK
สภาพแสงที่ไม่ดีอาจส่งผลต่อวิธีการวัดอื่น ๆ เช่น สถานีรวม
ทางเดินของเหมืองที่แคบและซับซ้อนทำให้การวัดค่าสถานีรวมแบบดั้งเดิมไม่มีประสิทธิภาพ
เมื่อเผชิญกับความท้าทายเหล่านี้ เครื่องสแกน LiDAR แบบพกพาของ SLAM จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเหมืองและถ้ำทางธรณีวิทยา เนื่องจากสามารถทำแผนที่พร้อมกันได้ในขณะนำทางโดยไม่ต้องพึ่งสัญญาณ GPS และไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพแสง ผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้งานเหมืองโดยใช้เครื่อง SLAM แบบพกพา ได้แก่ ผังพื้นเหมือง หน้าตัด ปริมาตร และแบบจำลอง 3 มิติ
วิธีการวัดอาคารด้านหน้าแบบรวมสถานีแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัดหลายประการ:
วิธีการดั้งเดิมนั้นใช้เวลานานและต้องใช้แรงงานมาก ต้องใช้ผู้คนหลายคนร่วมมือกันในการตั้งค่าสถานี ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการรวบรวมข้อมูลภาคสนามต่ำ
วิธีการแบบดั้งเดิมต้องอาศัยทักษะทางเทคนิคขั้นสูงจากผู้ปฏิบัติงาน
เทคนิคแบบดั้งเดิมประสบปัญหาในการรวบรวมข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพในสถานการณ์ที่มีการบดบังหรือขัดขวาง
วิธีการแบบเดิมไม่สามารถระบุปัญหาด้านคุณภาพของข้อมูลได้อย่างทันท่วงที หากพบปัญหาในระหว่างการประมวลผลข้อมูลในภายหลัง จำเป็นต้องมีการวัดภาคสนามเพิ่มเติม
แม้ว่าเทคนิคการถ่ายภาพทางอากาศแบบเอียงจะสามารถวัดด้านหน้าอาคารได้ด้วยการถ่ายภาพทางอากาศระดับต่ำ แต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพในพื้นที่ที่มีเขตห้ามบินหรือมีต้นไม้กีดขวาง ซึ่งทำให้การเก็บข้อมูลมีข้อจำกัด
เครื่องสแกน SLAM LiDAR แบบพกพามีข้อดีหลายประการ เช่น ประสิทธิภาพสูง การรวบรวมข้อมูลอย่างรวดเร็ว และข้อมูลที่หลากหลาย (ไม่จำกัดเฉพาะหน้าต่าง ประตู และช่องเปิด) เครื่องสามารถวัดพื้นที่ที่สแกนได้ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผลข้อมูลในภายหลัง นอกจากนี้ อุปกรณ์ที่มีความสามารถในการสร้างภาพแบบพาโนรามายังช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานระบุวัสดุ ป้าย ข้อความ และข้อมูลอื่นๆ ได้อีกด้วย
เทคโนโลยี RTK (Real-Time Kinematic) และ Total Station แบบดั้งเดิมเกี่ยวข้องกับการวัดจุดแต่ละจุดบนวัตถุเพื่อให้คำอธิบายคร่าวๆ ของวัตถุที่สำรวจ จากนั้นการวัดเหล่านี้จะใช้กับซอฟต์แวร์ของบริษัทอื่นสำหรับการคำนวณงานดิน อย่างไรก็ตาม ข้อเสียที่สำคัญของการใช้เทคนิคแบบดั้งเดิม ได้แก่ ระยะห่างระหว่างจุดที่กว้าง เวลาทำงานภาคสนามที่ยาวนาน และประสิทธิภาพของเทคนิค RTK และ Total Station ที่ต่ำ
ในทางกลับกัน เทคโนโลยี SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) ไม่จำเป็นต้องอาศัยสัญญาณหรือความจำเป็นในการติดตั้งและเคลื่อนย้ายสถานี เทคโนโลยีนี้ช่วยให้มีความหนาแน่นของจุดสูงมาก (≥10,000 จุดต่อตารางเมตร) ไม่ว่าจะเป็นปริมาตรของพื้นที่ในร่มหรือกลางแจ้ง เรือขนส่ง หรือผนังด้านหน้าของถังเก็บวัสดุ ตราบใดที่สามารถสแกนวัตถุได้ การวัดปริมาตรโดยใช้กลุ่มจุดก็จะสะดวกมาก
การใช้งานอื่น ๆ ได้แก่ สิ่งอำนวยความสะดวกใต้ดินของเทศบาล ป่าไม้ การสำรวจอสังหาริมทรัพย์ ที่จอดรถ การก่อสร้าง ธรณีวิทยา และอื่นๆ อีกมากมาย
ประเด็นแรกที่ต้องพิจารณาคือคุณภาพของข้อมูลคลาวด์จุด ในฐานะลูกค้า คุณสามารถตัดสินคุณภาพข้อมูลโดยพิจารณาจากปัจจัยต่อไปนี้:
การแบ่งชั้นของกลุ่มจุด: การแบ่งชั้นหมายถึงการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องหรือการลงทะเบียนที่ไม่ถูกต้องของกลุ่มจุดที่ได้รับมาในเวลาต่างกันในตำแหน่งเดียวกันในระหว่างการสแกน
ความหนาของจุดคลาวด์: จุดคลาวด์ที่บางกว่ามักบ่งชี้ถึงคุณภาพข้อมูลที่ดีกว่า เนื่องจากจุดคลาวด์ที่บางกว่าบ่งชี้ถึงอัลกอริทึมที่เหนือกว่า อย่างไรก็ตาม ความบางไม่ได้หมายถึงการทำให้จุดคลาวด์บางลง การบีบอัด หรือการปรับให้เรียบ
ความแม่นยำสัมพันธ์: ความแม่นยำสัมพันธ์หมายถึงความแม่นยำของมิติและควรจะมากกว่าช่วงการวัดของเลเซอร์เองเมื่อตรวจสอบการวัดความแม่นยำสัมพันธ์
ความแม่นยำอย่างแท้จริง: ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์พกพาส่วนใหญ่ในตลาดไม่มีอุปกรณ์ GPS ดังนั้นจึงต้องใช้การทำเครื่องหมายจุดเพื่อแปลงพิกัดสัมพันธ์เป็นพิกัดสัมบูรณ์ การตรวจสอบความถูกต้องอย่างแท้จริงต้องใช้เป้าหมายสะท้อนแสง (เช่น สติกเกอร์สะท้อนแสง 3M) ในสถานที่หรือใช้เครื่องหมายบนถนนเป็นจุดตรวจ
การออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถประเมินได้จากประเด็นต่อไปนี้:
ความเสถียร: ความเสถียรหมายถึงความเสถียรของการรวบรวมข้อมูลและความสามารถของอุปกรณ์ในการทนทานต่อสภาวะที่รุนแรง (เช่น ไม่มีอุปกรณ์ขัดข้องหรือทำงานผิดปกติ) ทั้งนี้ถือว่าอุปกรณ์ทำงานถูกต้องตามคำแนะนำของผู้ผลิตและปฏิบัติตามขั้นตอนที่กำหนด
ความเป็นมิตรต่อผู้ใช้: การออกแบบควรจะเรียบง่ายและใช้งานง่าย โดยคำนึงถึงการจัดการที่สะดวกสบาย
ความสะดวกในการบำรุงรักษา: อุปกรณ์ควรง่ายต่อการบำรุงรักษา ช่วยให้การซ่อมแซมและการให้บริการสะดวก
ปัจจัยสำคัญในการประเมินอุปกรณ์ SLAM แบบพกพาอยู่ที่คุณภาพของข้อมูล ดังนั้น เมื่อเลือกผลิตภัณฑ์ จำเป็นต้องทำการทดสอบอย่างละเอียดและอาศัยประสบการณ์จริง
ส่งคำถามของคุณโดยตรงกับเรา
