ระบบหาตำแหน่งจุดตัดด้วยกล้องวัดมุมอิเล็กทรอนิกส์ (ETIS): นวัตกรรมการสำรวจยุคใหม่

เทคโนโลยีการสำรวจทางวิศวกรรมได้ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากการพัฒนาเครื่องมือสำรวจอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน เช่น กล้องวัดมุมอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Theodolites) และความสามารถในการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ที่เพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล หนึ่งในนวัตกรรมสำคัญที่เกิดขึ้นจากความก้าวหน้านี้คือ "ระบบหาตำแหน่งจุดตัดด้วยกล้องวัดมุมอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Theodolite Intersection Systems - ETIS)" ซึ่งเป็นหัวข้อหลักของการศึกษาวิจัยในระดับปริญญาเอกโดย Richard Mark Bingley ที่มหาวิทยาลัยน็อตติงแฮม (University of Nottingham) เมื่อปี ค.ศ. 1990

ETIS คืออะไรและทำงานอย่างไร?

ระบบ ETIS เป็นการนำกล้องวัดมุมอิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปมาทำงานร่วมกับคอมพิวเตอร์ โดยมีพื้นฐานมาจากหลักการทางเรขาคณิตที่เรียกว่า "จุดตัดในอวกาศสามมิติ (3D Spatial Intersection)" หลักการนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่เพิ่งจะนำมาประยุกต์ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพในทางปฏิบัติหลังจากที่มีกล้องวัดมุมอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดสูง (ระดับ 1 วินาที) และสามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์เพื่อส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ได้

ETIS มีความสามารถในการคำนวณหาพิกัดของจุดต่างๆ ในอวกาศสามมิติได้อย่างแม่นยำสูงโดยไม่จำเป็นต้องสัมผัสกับเป้าหมายโดยตรง (Non-contact) ความแม่นยำที่ทำได้นั้นน่าทึ่ง โดยสามารถวัดพิกัดได้ละเอียดถึงประมาณ ±50 ไมครอน ในระยะ 10 เมตร ซึ่งเหนือกว่าวิธีการวัดแบบดั้งเดิมหลายเท่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่ไม่สามารถเข้าถึงหรือสัมผัสกับเป้าหมายได้โดยตรง

องค์ประกอบหลักและการประยุกต์ใช้งาน

ระบบ ETIS โดยทั่วไปประกอบด้วย:

• กล้องวัดมุมอิเล็กทรอนิกส์: จำนวนตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไป ทำหน้าที่วัดมุมแนวนอนและมุมแนวดิ่งไปยังเป้าหมาย
• คอมพิวเตอร์: ทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลมุมที่ได้รับจากกล้อง เพื่อคำนวณหาพิกัด 3 มิติ
• ซอฟต์แวร์เฉพาะทาง: โปรแกรมที่ใช้ควบคุมการทำงานของระบบ บันทึกข้อมูล ประมวลผล และวิเคราะห์ผลลัพธ์
• อุปกรณ์เสริม: เช่น ขาตั้งกล้อง เป้าหมายที่ใช้วัด (ถ้าจำเป็น) และไม้มาตราส่วนที่ผ่านการสอบเทียบแล้ว

ด้วยความสามารถในการวัดแบบไม่สัมผัสและความแม่นยำสูง ทำให้ ETIS ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรมและงานวิศวกรรม เช่น:

• งานวัดขนาดและตำแหน่ง: สำหรับวัตถุขนาดใหญ่ เช่น หุ่นยนต์อุตสาหกรรม เครื่องบิน หรือรถยนต์ เพื่อการตรวจสอบ ควบคุมคุณภาพ หรือการสอบเทียบ
• งานตรวจสอบการเคลื่อนไหวและการทรุดตัว: ใช้เฝ้าระวังการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งหรือการเสียรูปของโครงสร้างต่างๆ เช่น อาคาร สะพาน หรืออุปกรณ์ขนาดใหญ่
• การใช้งานภาคสนามและในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม: ระบบมีความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะนำไปใช้ได้ทั้งในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งและในโรงงาน

ระบบ UN ETIS: การพัฒนางานวิจัย

ในงานวิทยานิพนธ์นี้ ผู้วิจัยได้ทำการพัฒนาและศึกษาเจาะลึกเกี่ยวกับระบบ ETIS โดยมีการพัฒนาระบบต้นแบบขึ้นที่มหาวิทยาลัยน็อตติงแฮม ซึ่งเรียกว่า UN ETIS (University of Nottingham ETIS) ระบบนี้แบ่งออกเป็นสองส่วนหลัก:

• ส่วนภาคสนาม (Field Components): ประกอบด้วยกล้องวัดมุมอิเล็กทรอนิกส์ Kern E2 ซึ่งเป็นรุ่นที่มีความละเอียดสูง คอมพิวเตอร์พกพาสำหรับบันทึกข้อมูลที่ได้จากการวัด และซอฟต์แวร์ที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้งานภาคสนาม
• ส่วนสำนักงาน (Office Components): ประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ที่ใช้สำหรับวิเคราะห์ข้อมูล ซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการประมวลผลพิกัด และฟังก์ชันการวิเคราะห์ผลแบบต่างๆ

ผู้วิจัยได้ทำการประเมินความแม่นยำของระบบ UN ETIS อย่างละเอียด รวมถึงศึกษาผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ ที่อาจส่งผลต่อความถูกต้องของผลลัพธ์การวัด เพื่อให้เข้าใจขีดจำกัดและศักยภาพที่แท้จริงของระบบ

การทดลองภาคสนามและข้อสรุป

การวิจัยได้รวมถึงการนำระบบ UN ETIS ไปทดลองใช้งานจริงในภาคสนาม เพื่อยืนยันประสิทธิภาพและความสามารถในการปฏิบัติงาน โดยมีการทดลองที่สำคัญได้แก่:

• การนำระบบไปใช้กับหุ่นยนต์อุตสาหกรรม เพื่อวัตถุประสงค์ในการสอบเทียบและตรวจสอบความถูกต้องของตำแหน่งการทำงาน
• การตรวจวัดการทรุดตัวในโรงงานแก้ว Pilkington Glass ซึ่งเป็นกรณีศึกษาที่น่าสนใจ เนื่องจากโรงงานได้รับผลกระทบจากการทำเหมืองใต้ดิน ทำให้จำเป็นต้องมีการเฝ้าระวังการเคลื่อนตัวของโครงสร้างอย่างต่อเนื่อง

จากผลการศึกษาและการทดลองทั้งหมด ทำให้สามารถสรุปในเชิงวิศวกรรมได้ว่า ระบบ ETIS มีศักยภาพสูงในการวัดพิกัดที่ต้องการความละเอียดในระดับมิลลิเมตรหรือต่ำกว่า ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบอย่างมากเมื่อเทียบกับระบบการวัดแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่ไม่สามารถเข้าถึงหรือสัมผัสเป้าหมายได้โดยตรง

วิทยานิพนธ์เรื่อง "Electronic Theodolite Intersection Systems" โดย Richard Mark Bingley ฉบับนี้ ถือเป็นงานวิจัยที่มีคุณค่า ซึ่งไม่เพียงแต่ให้ความรู้เชิงทฤษฎีเกี่ยวกับระบบ ETIS แต่ยังครอบคลุมถึงการพัฒนา การทดสอบ และการประยุกต์ใช้งานจริงในภาคอุตสาหกรรม แสดงให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของระบบนี้ในการยกระดับความสามารถด้านการสำรวจและวิศวกรรมในยุคปัจจุบัน