โดรนสำรวจระยะไกล: "เอลฟ์" คือตัวอย่างการใช้งานที่สำคัญ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยานไร้คนขับ (UAV) ที่ติดตั้งอุปกรณ์ภารกิจ เช่น กล้องถ่ายภาพ ซึ่งควบคุมโดยนักบินหรือควบคุมอัตโนมัติโดยระบบควบคุมการบิน ได้มีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในการใช้งานด้านการสำรวจระยะไกล เช่น การสำรวจและทำแผนที่ การลดภัยพิบัติ และการรับมือกับเหตุฉุกเฉิน และกลายเป็นสมาชิกใหม่ของกลุ่มผู้ใช้งานด้านการสำรวจระยะไกล UAV เป็นที่รู้จักในฐานะ "เอลฟ์" แห่งกลุ่มผู้ใช้งานด้านการสำรวจระยะไกล เนื่องจากมีขนาดเล็ก เคลื่อนที่ได้น้อย บินในระดับความสูงต่ำ มีความละเอียดเชิงพื้นที่และเวลาสูง สามารถบรรทุกอุปกรณ์ได้หลากหลายและยืดหยุ่น และคุณลักษณะอื่นๆ อย่างไรก็ตาม "เอลฟ์" ตัวนี้มีประโยชน์มากมาย! ยานไร้คนขับ (UAV) โดยทั่วไปหมายถึงยานบินที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานและไม่มีผู้ควบคุม ใช้แรงทางอากาศพลศาสตร์เพื่อให้เกิดแรงยก สามารถบินได้เองหรือควบคุมจากระยะไกล ใช้งานครั้งเดียวแล้วนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และสามารถบรรทุกอุปกรณ์ภารกิจที่เป็นอันตรายหรือไม่เป็นอันตรายก็ได้ เช่น การถ่ายภาพ การออกอากาศ การเล่นเสียง เป็นต้น

โดรนไม่ใช่สิ่งใหม่ มันถูกพัฒนามาหลายศตวรรษแล้ว ในปี 1917 สถาบันการบินแห่งราชอาณาจักร (Royal Aeronautical Institute) ของสหราชอาณาจักรได้ผสมผสานหลักอากาศพลศาสตร์ เครื่องยนต์น้ำหนักเบา และวิทยุเข้าด้วยกันเพื่อพัฒนาอากาศยานไร้คนขับลำแรกของโลก ในเดือนธันวาคมของปีเดียวกันนั้น เอลเมอร์ สปี นักประดิษฐ์ชาวอเมริกันได้ทำการบินครั้งแรกของ "ตอร์ปิโดทางอากาศ" โดยใช้ไจโรสโคปที่เขาประดิษฐ์ขึ้นและระบบควบคุมวิทยุที่พัฒนาโดยบริษัทเวสเทิร์นอิเล็กทริกของสหรัฐอเมริกา ในช่วงแรก โดรนส่วนใหญ่ถูกใช้ในด้านการทหาร หลังจากเข้าสู่ศตวรรษที่ 21 ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เครื่องจักรที่มีความแม่นยำสูง การนำทางและการระบุตำแหน่ง การสำรวจระยะไกล และเทคโนโลยีอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง การประยุกต์ใช้ยานบินไร้คนขับในภาคพลเรือนจึงกว้างขวางมากขึ้นเรื่อยๆ และก่อให้เกิดอุตสาหกรรมขึ้นมา

โดรนสามารถจำแนกได้ตามฟังก์ชันการใช้งาน โครงสร้างทางอากาศพลศาสตร์ ประเภทพลังงาน ขนาดและน้ำหนัก ความเร็วในการบิน รัศมีปฏิบัติการ ความสูงในการบิน และวิธีการอื่นๆ ตามฟังก์ชันการใช้งาน โดรนสามารถแบ่งออกเป็นโดรนทางทหาร โดรนพลเรือน และโดรนสำหรับผู้บริโภค โดรนทางทหารสามารถแบ่งออกเป็นโดรนลาดตระเวน โดรนต่อต้านมาตรการทางอิเล็กทรอนิกส์ โดรนถ่ายทอดสัญญาณสื่อสาร โดรนโจมตี และโดรนเป้าหมายไร้คนขับ โดรนพลเรือนสามารถแบ่งออกเป็นโดรนเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ เช่น การตรวจสอบ การเฝ้าระวัง การทำแผนที่และการตรวจจับ และโดรนเพื่อการเกษตร ส่วนโดรนสำหรับผู้บริโภคส่วนใหญ่ใช้เพื่อความบันเทิง เช่น การถ่ายภาพทางอากาศส่วนบุคคลและการเล่นเกม

ตามการออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์ โดรนสามารถแบ่งออกเป็น โดรนปีกคงที่ โดรนปีกหมุน โดรนกระพือปีก และแบบผสม โดรนปีกคงที่อาศัยอุปกรณ์ขับเคลื่อนในการสร้างแรงผลักหรือแรงดึงไปข้างหน้าขณะบิน และปีกหลักที่สร้างแรงยกจะคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับลำตัว โดยส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปแบบทั่วไป แบบปีกเป็ด แบบไร้หางหรือแบบปีกบิน แบบสามปีก เป็นต้น ใบพัดยกของโดรนแบบหมุนจะหมุนสัมพันธ์กับลำตัวขณะบิน และสามารถแบ่งออกเป็นเฮลิคอปเตอร์ไร้คนขับ โดรนหลายใบพัด และโดรนแบบหมุนไร้คนขับ โดรนแบบหมุนไร้คนขับสองแบบแรกนั้นขับเคลื่อนโดยตรงด้วยอุปกรณ์ขับเคลื่อนและสามารถขึ้นลงในแนวดิ่งและลอยตัวได้ ในขณะที่โดรนแบบหมุนไร้คนขับนั้นไม่มีกำลังขับเคลื่อน โดรนแบบปีกกระพือขึ้นลงเหมือนปีกนกนั้นอาศัยปีกในการกระพือขึ้นลงเพื่อสร้างแรงยกและกำลัง ซึ่งเหมาะสำหรับโดรนขนาดเล็กและขนาดจิ๋ว โดรนแบบผสมผสาน (Composite layout UAVs) ประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานหลายประเภท โดยส่วนใหญ่ได้แก่ โดรนแบบใบพัดเอียง (tilt-rotor UAVs) และโดรนแบบปีกหมุน/ปีกคงที่ (rotary/fixed wing UAVs)

ตามประเภทพลังงาน โดรนแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ โดรนที่ใช้พลังงานน้ำมันและโดรนที่ใช้พลังงานไฟฟ้า และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดรนที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์และเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานหลักได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

ตามขนาดและน้ำหนัก โดรนสามารถแบ่งออกเป็นโดรนขนาดเล็กมาก โดรนขนาดเล็ก โดรนขนาดกลาง และโดรนขนาดใหญ่ โดรนขนาดเล็กมากโดยทั่วไปมีน้ำหนักน้อยกว่า 1 กิโลกรัมและมีขนาดเล็กกว่า 15 เซนติเมตร น้ำหนักของโดรนขนาดเล็กและขนาดเบาโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1 ถึง 7 กิโลกรัม น้ำหนักของโดรนขนาดเล็กโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1 ถึง 200 กิโลกรัม และน้ำหนักของโดรนขนาดกลางโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 200 ถึง 500 กิโลกรัม

ปัจจุบัน โดรนกลายเป็นของเล่นยอดนิยมสำหรับเด็กๆ มากมาย โดรนสำหรับผู้บริโภคโดยทั่วไปใช้แพลตฟอร์มมัลติโรเตอร์ราคาประหยัด ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการถ่ายภาพทางอากาศ เกม และกิจกรรมสันทนาการอื่นๆ ตลาดโดรนสำหรับผู้บริโภคในประเทศจีนเติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงปี 2012 ก่อนหน้านั้น โดรนส่วนใหญ่ใช้ในภาคอุตสาหกรรม และตลาดผู้บริโภคส่วนใหญ่เป็นเพียงกลุ่มผู้ชื่นชอบเครื่องบินจำลองและผู้ที่สนใจทั่วไป ปัจจุบัน การพัฒนาอุตสาหกรรมโดรนของจีนแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการเติบโตอย่างรวดเร็ว นอกจากสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์และมหาวิทยาลัยที่เกี่ยวข้องกับการบินและอวกาศแล้ว ยังมีบริษัทเอกชนจำนวนมากเข้าร่วมในการวิจัยและพัฒนา การวิจัยและพัฒนาและการประยุกต์ใช้โดรนพลเรือนจึงอยู่ในช่วงที่เฟื่องฟู การประยุกต์ใช้โดรนของจีนในด้านความบันเทิงสำหรับผู้บริโภคและด้านอื่นๆ อยู่ในระดับแนวหน้าของโลก

โดรนที่พัฒนาอย่างรวดเร็วได้กลายเป็นแพลตฟอร์มการสำรวจระยะไกลที่กำลังมาแรง ซึ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการสำรวจทางอากาศภาคพื้นดิน การเกษตร ป่าไม้และการปกป้องพืช การตรวจวัดบรรยากาศ การบรรเทาภัยพิบัติ การป้องกันประเทศ และความมั่นคง หลังจากติดตั้งอุปกรณ์สำรวจระยะไกลต่างๆ แล้ว

การสำรวจระยะไกลด้วยโดรนมีความละเอียดสูงมากและความสามารถในการเก็บข้อมูลความถี่สูง ซึ่งสามารถเสริมศักยภาพของการสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมได้ เมื่อเทียบกับการสำรวจระยะไกลด้วยเครื่องจักรของมนุษย์แล้ว โดรนมีประสิทธิภาพด้านต้นทุนและความคล่องตัวสูงกว่า ความสามารถในการสังเกตการณ์แบบเรียลไทม์ของการสำรวจระยะไกลด้วยโดรนนั้นทำได้ยากบนแพลตฟอร์มการสังเกตการณ์การสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมในปัจจุบัน การสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมสามารถให้ภาพที่มีความละเอียดระดับต่ำกว่าเมตรได้ แต่ยิ่งความละเอียดสูงเท่าไร ระยะเวลาการกลับมาสำรวจของดาวเทียมก็ยิ่งนานขึ้นเท่านั้น ภาพจากโดรนสามารถให้ข้อมูลภาคพื้นดินที่มีความละเอียดระดับเซนติเมตรหรือสูงกว่านั้นได้อย่างง่ายดาย และไม่มีความขัดแย้งระหว่างความละเอียดเชิงพื้นที่สูงและความละเอียดเชิงเวลา และความเป็นเอกภาพของพื้นที่และเวลาเกิดขึ้นได้บนพื้นฐานของต้นทุนที่ต่ำ กล่าวได้ว่าการเกิดขึ้นและการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการสำรวจระยะไกลด้วยโดรนได้ทำให้การวิจัยวิทยาศาสตร์การสำรวจระยะไกลก้าวไปข้างหน้าอย่างมากจากระดับมหภาคไปสู่ระดับจุลภาค เมื่อเปรียบเทียบกับต้นทุนที่สูงและการจัดการแบบรวมศูนย์ของแพลตฟอร์มดาวเทียม แพลตฟอร์มโดรนช่วยให้การเก็บรวบรวมข้อมูลการสำรวจระยะไกลเข้าสู่ยุคแห่งการแพร่หลาย และทำให้การประยุกต์ใช้การสำรวจระยะไกลเข้าถึงผู้ใช้ได้อย่างแท้จริง

เนื่องจากข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์ของการสำรวจระยะไกลด้วยโดรน ทำให้หลายพื้นที่ที่การใช้ข้อมูลจากดาวเทียมไม่ได้ผลดีหรือไม่สามารถทำได้ในอดีต สามารถนำมาใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยการสำรวจระยะไกลด้วยโดรน ตัวอย่างเช่น การใช้การสำรวจระยะไกลแบบไฮเปอร์สเปกตรัมด้วยโดรน สามารถจำแนกและระบุชนิดของสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิว ค้นพบและระบุการรุกรานของสิ่งมีชีวิตต่างถิ่นผ่านข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัมจากโดรน และให้ข้อมูลสนับสนุนสำหรับการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมทางนิเวศวิทยา อีกตัวอย่างหนึ่ง การสำรวจระยะไกลด้วยโดรนได้สร้างเงื่อนไขที่สะดวกสำหรับการเก็บตัวอย่างและการได้มาซึ่งข้อมูลในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ทำให้ได้ข้อมูลโดยตรงสำหรับการศึกษาหลายด้านและมีส่วนช่วยในการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ มากมาย ตั้งแต่ปี 2010 นาซาได้ช่วยสร้างระบบโครงสร้างละเอียดสำหรับพายุไต้ฝุ่นหลังจากประสบความสำเร็จในการติดตามเส้นทางของพายุเฮอริเคนในมหาสมุทรแอตแลนติก 5 ลูกโดยใช้โดรน GlobalHawk ซึ่งบินได้สูงและบินได้นาน ในปี 2017 ทีมวิจัยจากหลายประเทศได้ใช้โดรนที่ติดตั้งกล้องและเซ็นเซอร์อื่นๆ ถ่ายทำภาพการปะทุของภูเขาไฟในติเอร์ราเดลฟูเอโก ประเทศกัวเตมาลา เพื่อวัดข้อมูลและสร้างแบบจำลองกระบวนการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว

เป็นที่น่ากล่าวถึงเป็นอย่างยิ่งว่า การสำรวจระยะไกลด้วยโดรนมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการเฝ้าระวังภัยพิบัติ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราจะเห็นโดรนถูกนำมาใช้ในเหตุการณ์ฉุกเฉินจากภัยพิบัติทางธรรมชาติครั้งใหญ่ เช่น ในปฏิบัติการกู้ภัยแผ่นดินไหวเหวินฉวนปี 2551 ได้มีการนำเทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลด้วยโดรนมาใช้ และในภัยพิบัติทางธรรมชาติครั้งใหญ่ครั้งต่อๆ มา เช่น เหตุการณ์ดินถล่มเหมาเซียนในมณฑลเสฉวน เหตุการณ์น้ำมันรั่วไหลในต้าเหลียน อุบัติเหตุสารเคมีอันตรายระเบิดครั้งใหญ่ที่ท่าเรือเทียนจิน และการบรรเทาภัยพิบัติอื่นๆ โดรนก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน

ในด้านการประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรม การตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐานด้านน้ำมันและก๊าซ การส่งไฟฟ้า และโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยโดรนได้กลายเป็นเรื่องปกติแล้ว ในบางหน่วยงานภาครัฐ โดรนกำลังค่อยๆ ถูกนำมาบูรณาการเข้ากับระบบการทำงาน เช่น หน่วยงานด้านการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมใช้โดรนในการตรวจสอบและแก้ไขปัญหาการปล่อยน้ำเสียลงสู่แม่น้ำ แพลตฟอร์มโดรนที่มีความถี่สูงและตอบสนองฉับไว รวมถึงภาพถ่ายจากโดรนที่มีความละเอียดระดับเซนติเมตร ช่วยสนับสนุนการดำเนินงานประจำวันของหน่วยงานที่เกี่ยวข้องกับการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมได้อย่างมาก

เนื่องจากความสะดวกสบายและความยืดหยุ่น รวมถึงการมีส่วนร่วมของประชาชนสูง นวัตกรรมโดรนจึงมีความคึกคักและพัฒนาอย่างรวดเร็ว การผสมผสานอย่างลึกซึ้งระหว่างการสำรวจระยะไกลด้วยโดรนและสาขาเทคโนโลยีอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องได้แสดงให้เห็นถึงการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งเรียกว่าการประยุกต์ใช้โดรนแบบ "สำรวจระยะไกล +" ตัวอย่างเช่น ในการส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ของ "การสำรวจระยะไกล + ข้อมูล" การสำรวจระยะไกลด้วยโดรนมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับกองทัพ การลดและกู้ภัยภัยพิบัติฉุกเฉิน และการเฝ้าระวังความมั่นคงภายในประเทศและการปฏิบัติการบรรเทาภัยพิบัติจำนวนมากอาศัยการสำรวจระยะไกลและการส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ด้วยโดรนเพื่อให้ข้อมูลที่ทันท่วงทีสำหรับการตัดสินใจ

ในแง่ของ "เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกล + การระบุตำแหน่งแบบเรียลไทม์และการสร้างแผนที่ (SLAM)" การผสมผสานระหว่างโดรน (UAV) และ SLAM ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการนำทางและการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางของโดรน และมีแนวโน้มการประยุกต์ใช้ที่สำคัญในการเก็บรวบรวมข้อมูลอัจฉริยะและการบินอัตโนมัติของโดรน

ในแง่ของ "เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกล + การตัดสินใจและการดำเนินการ" นั้น ได้มีการบูรณาการ "การสำรวจระยะไกลด้วยโดรน + การระบุตัวตน + การวางแผนงาน + การดำเนินการตามงาน" เข้าด้วยกันแล้ว ตัวอย่างเช่น การสำรวจระยะไกลด้วยโดรนสามารถใช้ในการตรวจสอบสภาพทางการเกษตรในพื้นที่เพาะปลูก สร้างแผนที่แสดงการควบคุมโรคและศัตรูพืช วางแผนเส้นทางที่เหมาะสม ดำเนินการฉีดพ่นยาฆ่าแมลงอย่างแม่นยำ และบูรณาการการสังเกตการณ์ระยะไกลแบบคงที่เข้ากับการตัดสินใจและการดำเนินการแบบเรียลไทม์

ในแง่ของ "การสำรวจระยะไกล + การวางแผนเส้นทางบินระดับต่ำ" ความต้องการใช้งานโดรนในปัจจุบันมีความหลากหลายและส่วนใหญ่จะอยู่ที่ระดับความสูงต่ำ โดรน "บินต่ำ ช้า และเล็ก" ส่วนใหญ่จะบินอยู่ในน่านฟ้าใกล้พื้นดินที่ระดับความสูงต่ำกว่า 500 เมตร ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวในน่านฟ้าดังกล่าวมีความหลากหลาย สถานการณ์ซับซ้อน และปัญหาด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพการบินก็เด่นชัด ดังนั้น เส้นทางบินระดับต่ำ โดยเฉพาะเส้นทางบินสาธารณะระดับต่ำของโดรนในเขตเมือง จึงมีความสำคัญและจำเป็นต้องมีการวางแผนอย่างละเอียดถี่ถ้วน ประสิทธิภาพในการเก็บรวบรวมข้อมูลผ่านช่องทางสถิติแบบดั้งเดิมนั้นต่ำ และการใช้ข้อมูลการสำรวจระยะไกลของโดรนที่มีความละเอียดสูงและเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลาในเขตเมืองเพื่อการวางแผนเส้นทางบินระดับต่ำได้กลายเป็นประเด็นวิจัยที่สำคัญ และจีนได้เป็นผู้นำในการสำรวจในด้านนี้อย่างแข็งขัน

ในแง่ของ "การสำรวจระยะไกล + เครือข่ายระดับภูมิภาค" แม้ว่าความสามารถในการสำรวจระยะไกลของโดรนจะแข็งแกร่งมากและมีความละเอียดเชิงพื้นที่สูง แต่พื้นที่ครอบคลุมมีขนาดเล็ก และยากที่จะตอบสนองความต้องการการสำรวจระยะไกลด้วยโดรนในระดับภูมิภาคขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น ผ่านแบบจำลององค์กรและระบบทางเทคนิคที่เหมาะสม ทรัพยากรการสำรวจระยะไกลด้วยโดรนแบบกระจายทั่วประเทศจะถูกวางแผนและใช้งานเพื่อสร้างระบบตรวจสอบการสำรวจระยะไกลที่มีความละเอียดระดับเซนติเมตร ความถี่สูง การตอบสนองรวดเร็ว และครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ เพื่อให้สามารถทำงานวัดในพื้นที่ขนาดใหญ่ได้สำเร็จ โดยทั่วไปแล้ว การประยุกต์ใช้และการพัฒนาโดรนได้ก่อให้เกิดแนวโน้มการใช้งานในทุกสาขา และด้วยแรงผลักดันที่แข็งแกร่งจากความต้องการใช้งานและการสนับสนุนอย่างแข็งแกร่งจากการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ การพัฒนาโดรนจึงคาดว่าจะเติบโตต่อไปในอนาคต