การใช้งานเครื่องมือเลเซอร์สแกนภาคพื้นดิน (TLS) กับงานด้านการเกษตร

การใช้งานเครื่องมือเลเซอร์สแกนภาคพื้นดิน (TLS) กับงานด้านการเกษตร


ความสำคัญของการจัดการงานด้านการเกษตร

งานจัดการด้านการเกษตร เป็นสิ่งสำคัญในการดูแลและจัดการผลผลิตของเกษตรกร และเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดผลกำไร
รวมไปถึงความคุ้มทุนของผู้ประกอบการ โดยการจัดการด้านการเกษตรประกอบไปด้วยกรรมวิธีที่หลากหลาย เช่น การดูแลผลผลิตการเยียวยารักษาต้นไม้ที่ติดเชื้อ การติดตามการเจริญเติบโต ซึ่งถ้าหากเราจัดการได้ไม่ดีสิ่งที่ตามมาย่อมไม่พ้นการขาดทุน ซึ่งอาจรวมไปถึงการที่ไม่สามารถนำผลผลิตเข้าสู่ตลาดได้ เนื่องจากคุณภาพสินค้าไม่ผ่านเกณฑ์มาตรฐาน หรือถึงแม้จะสามารถนำผลผลิตเข้าสู่ตลาดได้ แต่ผลผลิตของผู้ประกอบการอื่นก็อาจจะดีกว่า สุดท้ายแล้วผลผลิตของเราก็ไม่สามารถที่จะอยู่ในตลาดได้จากที่กล่าวมาผู้อ่านคงจะพอเห็นภาพกันแล้วใช่ไหมว่า งานจัดการด้านการเกษตรเป็นตัวแปรที่สำคัญอย่างหนึ่งที่จะบอกว่าผลผลิตของเราจะอยู่หรือจะไป

ผู้อ่านอาจเกิดข้อสงสัยขึ้นมาว่า เราควรทำอย่างไรเพื่อบริหารงานด้านการเกษตรให้มีประสิทธิภาพมากที่สุดและให้เกิดความคุ้มค่า กับเงินและเวลาที่เสียไป ซึ่งวิธีการที่จะนำเทคโนโลยีเข้ามาช่วยก็เป็นทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ และแน่นอนว่าต้องเกิดคำถามใหม่ขึ้นตามมาว่า แล้วเทคโนโลยีแบบไหนที่จะช่วยให้สามารถติดตามดูแลพืชพันธุ์และผลผลิตของเราได้

เทคโนโลยีการรังวัดภาคพื้นดินด้วยเลเซอร์สแกน หรือที่เรียกกันว่า Terrestrial Laser Scan (TLS) เป็นเทคโนโลยีอย่างหนึ่งที่มักถูกใช้ในงานด้านการเกษตร เพราะช่วยทำให้เราสามารถเห็นแบบจำลองเสมือนจริงโดยการสร้างแบบจำลอง 3 มิติของวัตถุเป้าหมาย ซึ่งสามารถประยุกต์ใช้ได้กับการเก็บข้อมูลวัตถุขนาดเล็ก ไปจนถึงสถานที่หรือสิ่งก่อสร้างขนาดใหญ่ โดยหลักการทำงานของเครื่องมือนี้คือการยิงแสงเลเซอร์ออกมาเมื่อเลเซอร์กระทบวัตถุก็จะสะท้อนกลับไปยังตัวกล้อง จากนั้นกล้องก็จะทำการคำนวณเวลาไปกลับของคลื่น โดยสัญญาณที่ส่งกลับมาจะถูกบันทึกในลักษณะของค่าพิกัดสามมิติ และข้อมูลจะถูกส่งไปจัดเก็บที่คอมพิวเตอร์ จากนั้นกล้องจะหมุนและยิงแสงเลเซอร์ต่อไปจนทั่วทั้งวัตถุเป้าหมาย นอกจากนี้ยังสามารถถ่ายรูปสถานที่จริงเพื่อนำมาซ้อนทับกับค่าพิกัดสามมิติดังกล่าวได้อีกด้วย ทำให้สามารถเห็นภาพและโครงสร้างได้ชัดเจนยิ่งขึ้นและนำไปประยุกต์ใช้งานในรูปแบบต่าง ๆ ที่เราต้องการ

จากที่กล่าวมาข้างต้นผู้อ่านคงจะเห็นได้แล้วว่า เทคโนโลยี TLS มีความสามารถในด้านการสร้างแบบจำลองสามมิติเพื่อทำการติดตามและศึกษาโครงสร้างของสิ่งที่สนใจได้ ซึ่งในปัจจุบันเทคโนโลยี TLS ก็เป็นที่นิยมกันอย่างแพร่หลายในงานด้านต่าง ๆ ดังตัวอย่างต่อไปนี้

  1. ด้านสิ่งแวดล้อม มีการนำเทคโนโลยี TLS มาช่วยสร้างแบบจำลองโครงสร้างเพื่อดูการกระจายตัว รูปร่างทรงพุ่มของต้นไม้ การจำแนกพืชต่าง ๆ และยังใช้ประกอบการวิเคราะห์ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่อการเกษตร เช่น การวิเคราะห์การเกิดโรคของพืชเศรษฐกิจ
  2. ด้านการออกแบบก่อสร้าง นิยมใช้เก็บข้อมูลโครงสร้างต่าง ๆ เช่นโครงสร้างอาคาร โครงสร้างสะพาน แบบจำลองสารสนเทศอาคาร (Building Information Modelling: BIM)
  3. ด้านการสำรวจ ทางธรณีวิทยา มีการใช้ในการเก็บข้อมูลสัณฐานวิทยาของโลกในพื้นที่เล็ก ๆ
  4. ด้านการจัดการผังเมือง ในปัจจุบันการวางแผนออกแบบผังเมืองมีการใช้เทคโนโลยี TLS ในการเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อม เช่น ต้นไม้และเสาไฟฟ้า เพื่อมาออกแบบปรับปรุงการจัดการผังเมืองให้เกิดประโยชน์และความสวยงาม

ต่อไปผู้เขียนจะขอยกตัวอย่างการใช้งาน TLS ในงานด้านการเกษตรจำนวน 2 ตัวอย่าง ดังต่อไปนี้

1. การตรวจระดับโรคโคนเน่า ในต้นปาล์มน้ำมัน ในประเทศมาเลเซีย

ในประเทศมาเลเซียมีพืชเศรษฐกิจที่สำคัญชนิดหนึ่งนั่นคือ ต้นปาล์มน้ำมัน ซึ่งต้นไม้ชนิดนี้มักจะมีการติดเชื้อจากโรคโนเน่า ที่บางครั้งก็ไม่แสดงอาการให้เห็น แต่ค่อย ๆ ทำลายผลผลิตอย่างช้า ๆ ดังนั้นการตรวจสอบระดับการติดเชื้อของโรคโคนเน่านี้สำคัญต่อระดับในการรักษาและดูแล โดยการใช้เทคโนโลยี TLS เพื่อหาวิธีในการป้องกันอันตรายที่จะเกิดแก่ต้นไม้ และช่วยให้สามารถรักษาได้ทันเวลา รวมไปถึงการจำแนกต้นปาล์มนํ้ามันที่มีระดับความรุนแรงของการเกิดโรคโคนเน่าจากคณะกรรมการนํ้ามันปาล์มประเทศมาเลเซียโดยแบ่งออกเป็น 4 ระดับ ได้แก่ ระดับที่ 1 สุขภาพดี ระดับที่ 2 ดูสุขภาพดีแต่เริ่มมีอาการติดเชื้อของโรค ระดับที่ 3 ระยะติดเชื้อ สามารถมองเห็นอาการจากภายนอกได้ และระดับที่ 4 ติดเชื้อขั้นรุนแรง โดยที่อาการของโรคโคนเน่าส่วนใหญ่จะแสดงออกได้ชัดในบริเวณใบทรงพุ่ม ทำการศึกษาต้นไม้ระดับละ 10 ต้นในแปลงเดียวกัน

การตรวจระดับโรคโคนเน่าในต้นปาล์มนํ้ามันในประเทศมาเลเซีย

ผลสรุปจากการวิเคราะห์พบว่า จำนวน Pixel ของใบทรงพุ่มที่แสดงถึงความหนาแน่นของใบจะลดลงจากต้นไม้ที่มีระดับสุขภาพดีไปยังระดับที่มีความรุนแรง และจากมุมระหว่างก้านของใบแสดงให้เห็นว่าต้นที่สุขภาพดีจะมีมุมที่แคบกว่าองศาของมุมระหว่างใบในต้นไม้ที่ติดเชื้อ

ใบต้นไม้ที่ติดเชื้อ

เนื่องจากโรคโคนเน่าจะทำให้ใบบางส่วนของต้นปาล์มนํ้ามันหลุดร่วงหายไป ดังนั้นยิ่งติดเชื้อมากมุมระหว่างใบจะยิ่งเพิ่มมากขึ้น และจากการวิเคราะห์ทางสถิติพบว่า สามารถจำแนกระดับความรุนแรงของโรคได้ดีในระดับความเชื่อมั่นที่ 94–97% ทำให้การวิจัยครั้งนี้สามารถที่จะนำไปใช้ประโยชน์ในด้านการทำการเกษตรเพื่อตรวจจับการเกิดโรคในพืชได้

2. การติดตามการเจริญเติบโตของต้นอ่อนของข้าวโพด

เทคโนโลยี TLS ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการติดตามการเจริญเติบโตของต้นอ่อนพืช ในกรณีศึกษานี้ได้นำเทคโนโลยีดังกล่าวมาประยุกต์ใช้กับแปลงข้าวโพด ทำให้สามารถวางแผนการให้ปุ๋ยในบริเวณที่มีอัตราการเจริญเติบโตตํ่าหรือทำให้สามารถวางระบบชลประทานในพื้นที่ให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นเราจะใช้ข้อมูล Geometric และ Radiometricร่วมกันในการจำแนกต้นกล้าบนแปลงข้าวโพดเพื่อให้ได้ค่าความถูกต้องที่ดีขึ้น ดังนั้นในการเก็บข้อมูลบนแปลงข้าวโพดจะใช้เทคโนโลยี TLS ในการเก็บข้อมูล และใช้ซอฟต์แวร์ RiSCAN PRO เพื่อให้ได้ข้อมูล 3-D Geometric ที่มีความหนาแน่นและแม่นยำในรูปแบบ Point Cloud รวมถึงยังได้ข้อมูล Radiometric ในรูปแบบของ Intensity Data และ RGB Values จากกล้องที่ติดไว้กับ LiDAR

ข้าวโพด

จากตัวอย่างการติดตามการงอกของเมล็ดข้าวโพดจำนวน 223 เมล็ด ด้วยการนับจำนวนการงอก พบว่าจากการหว่านแบบสุ่ม (Uniformly Sown) จำนวน 512 เมล็ดจะได้อัตราการงอกอยูที่ (223/512) * 100% เท่ากับ 43.6% ซึ่งถือว่าเป็นอัตราการงอกที่ตํ่า บ่งชี้ถึงความจำเป็นในการปรับปรุงการให้ปุ๋ยและการชลประทานในการหว่านเมล็ดครั้งต่อไป

การติดตามการงอกของเมล็ดข้าวโพด

จากวิธีการจำแนกดังกล่าวพบว่า การปรับแก้ความคลาดเคลื่อนจากระยะทางการใช้สมบัติทางเรขาคณิตร่วมกับข้อมูลเชิงรังสี และการปรับแก้สี RGB ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการจำแนกระหว่างต้นกล้าข้าวโพดกับสิ่งปกคลุมอื่น ๆ ได้แม่นยำมากขึ้น แต่การทดลองในครั้งนี้เป็นเพียงกรณีศึกษาต้นกล้าข้าวโพดเท่านั้นผู้เขียนแนะนำว่าก่อนที่จะนำไปใช้กับพืชชนิดอื่นควรทำการศึกษาเพิ่มเติมหรือควรทดลองกับพื้นที่ขนาดเล็กก่อน

สุดท้ายนี้… การจัดการด้านการเกษตรถือเป็นอีกหนึ่งสิ่งที่ควรให้ความสำคัญโดยมีหลายวิธีที่จะใช้จัดการกับปัญหาด้านการเกษตร ซึ่งพืชแต่ละชนิดก็จะมีปัญหาที่แตกต่างกันออกไป จึงไม่มีวิธีที่ตายตัวในการแก้ปัญหาที่จะเกิดขึ้น อาทิเช่น การเกิดโรคโคนเน่าในต้นปาล์มนํ้ามัน เนื่องจากต้นปาล์มถือเป็นพืชเศรษฐกิจจึงทำให้เหตุการณ์นี้ส่งผลกระทบต่อประเทศมาเลเซีย โดยโรคโคนเน่าจะทำให้เกิดการส่งออกของปาล์ม น้ำมันที่น้อยลงและเกิดการขาดทุน จากตัวอย่างที่ผู้เขียนยกขึ้นมาเขียนในบทความ การใช้เทคโนโลยี TLS เข้ามาช่วยในการตรวจระดับโรคโคนเน่าจึงเป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่ช่วยการจัดการด้านการเกษตร เพราะในบางครั้งเราควรที่จะศึกษาหาวิธีใหม่ ๆ เพื่อนำมาประยุกต์ใช้กับการจัดการด้านการเกษตร โดยการเลือกวิธีการที่จะใช้นั้นต้องเลือกให้เหมาะสมกับพืชแต่ละชนิด เพื่อให้ส่งผลดีต่อทั้งพืชชนิดนั้น ๆ รวมไปถึงส่งผลดีต่อผู้ประกอบการอีกด้วย

เอกสารอ้างอิง[1] “Development in Earth Surface Processes” ELSEVIER, Geomorphological Mapping, vol. 15, pp. 189–224, 2010
[2] “Analysis of Changes in oil Palm Canopy Architecture from Basal Stem Rot Using Terrestrial Laser Scanner” The American Phytopathological Society, Plant Disease, vol. 103, no. 12, pp. 3218–3225 Dec. 2019
[3] “Corn Seedling Monitoring Using 3-D Point Cloud Data from Terrestrial Laser Scanning and Registered Camera Data,” IEEE GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING LETTERS, vol. 17, no. 1, pp. 137–141, Jan. 2020
[4] Mostafa Abdel-Bary Ebrahim, 2011. Fundamental of Laser Scanning, History of 3D Scanners, Chapter 2, pp. 4-8, Oct. 2011
[5] Gordon Petrie and Charles K. Toth, Topographic Laser Ranging and Scanning: Principles and Processing, Chapter 3, pp. 87–126, Jan. 2009
[6] “Terrestrial Laser Scanning Specifications” California Department of Transportation, CALTRANS • SURVEYS MANUAL, pp.13, June 2018

ที่มา: อินทาเนีย ฉบับที่ 4 ปี พ.ศ. 2563 คอลัมน์ บทความจากคณะ
โดย นิสิตภาควิชาวิศวกรรมสำรวจ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย