การออกแบบเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำ (Low Distortion Projection) ตอนที่ 2 (กรณีศึกษาออกแบบเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำสำหรับกรุงเทพมหานครและปริมณฑล)

ผมทิ้งช่วงเรื่องการออกแบบและประยุกต์ใช้เส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำเป็นระยะเวลาเนิ่นนานพอสมควรเนื่องจากติดภารกิจไปทำงานต่างประเทศที่หาเวลาว่างนานๆได้ยาก ถ้าผู้อ่านไม่ได้ติดตามเรื่องนี้ตั้งแต่ต้นขอให้กลับไปอ่านหรือศึกษาได้ตามลิ๊งค์ตังต่อไปนี้

แนะนำการใช้เส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำ (Low Distortion Projection)

และ

การออกแบบเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำ (Low Distortion Projection) ตอนที่ 1

เรื่องเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำเป็นเรื่องใหม่สำหรับประเทศไทย แต่ในต่างประเทศบางประเทศได้ประยุกต์ใช้งานมานานแล้ว ประโยชน์ของเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำเมื่อประยุกต์ใช้แล้วคือ ความต่างระหว่าง Ground Distance และ Grid Distance จะน้อยมากจนสามารถละเลยไปได้ ไม่เหมือนกับการใช้แผนที่ระบบพิกัดยูทีเอ็ม (UTM) ที่ค่าระยะทางบนพื้นโลกกับระยะทางบนแผนที่ต่างกันมาก (ตัวอย่างระยะทางประมาณ 1 กม. สองระยะทางนี้อาจจะต่างกันประมาณ 40-80 ซม.แล้วแต่พื้นที่) แต่ข้อเสียคือจะต้องมีการกำหนดใช้เส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำแบ่งเป็นพื้นที่หรือเป็นโซน ที่ค่าพิกัดศูนย์กำเนิดจะต่างกันไป อาจจะทำให้ช่างสำรวจหรือผู้ใช้งานสับสนได้ แต่ข้อเสียนี้สามารถลดลงได้ถ้ารัฐหรือหน่วยงานของรัฐได้กำหนดและประกาศใช้เป็นทางการ โดยที่มีเอกสารและไฟล์ projection สำหรับแปลงพิกัดจากระบบพิกัด UTM ไปยังระบบพิกัดที่ใช้ LDP ในแต่ละโซน ผู้ใช้งานสามารถนำค่าพารามิเตอร์นี้หรือนำไฟล์ projection (ตัวอย่างเช่นไฟล์ prj ของ Shape file) ไปแปลงพิกัดได้บนโปรแกรมด้าน GIS หรือนำไปตั้งค่าบนเครื่องมืออุปกรณ์เช่น GNSS RTK ที่สามารถแปลงพิกัดได้แบบ real time

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งาน

ผมขอยกตัวอย่างอีกครั้งเช่นรัฐโอเรกอนของอเมริกาที่มีการออกแบบ LDP และประกาศใช้กันมานานแล้วดังรูปด้านล่าง

พื้นที่รัฐโอเรกอน ประมาณครึ่งหนึ่งของประเทศไทย (ประมาณ 255,000 ตร.กม.)

ออกแบบเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำสำหรับกรุงเทพมหานครและปริมณฑล

ก็เป็นกรณีศึกษาก็แล้วกันนะครับ ผมจะออกแบบคร่าวๆให้พอมองเห็นภาพในภาพรวม ผมจะไล่ไปตามขั้นตอนที่ได้กล่าวไว้ในตอนที่ 1 และผมจะตั้งเป้าว่า ความเพี้ยน (Distortion) ไม่เกิน 20 ppm ก็มาดูกันว่าในพื้นที่ศึกษานี้ ค่าความเพี้ยนจะอยู่ในเกณฑ์นี้ไหม 20 ppm ก็คือระยะทางจริงๆบนพื้นโลก (Ground Distance) 1 กม. ระยะทางบนระนาบเส้นโครงแผนที่ LDP (Grid Distance) จะต่างกันไม่เกิน 20 มม. (20 มม. ต่อ 1 ล้านมิลมิเมตร หรือ 1 กม. นั่นเอง)

1.กำหนดพื้นที่ขอบเขตและหาค่าตัวแทนความสูงเฉลี่ยเหนือทรงรี (h0)

สำหรับขอบเขตก็ตามหัวข้อคือประกอบไปด้วยจังหวัดกรุงเทพมหานคร สมุทรปราการ นนทบุรี และปทุมธานี ขนาดพื้นที่ประมาณ 85 กม.ในแนวเหนือใต้ และกว้างประมาณ 75 กม. ในแนวตะวันออกตะวันตก หรือกล่าวโดยย่อพื้นที่ 85 กม. x 75 กม.

ต่อไปจะหาค่าระดับที่เป็นตัวแทนความสูงเฉลี่ยเหนือทรงรี (h0) ข้อมูลที่จะนำมาในการหาค่าเฉลี่ยจะใช้แผนที่ของกรมแผนที่ทหาร ปี 2553 ชื่อ “แผนที่แสดงค่าหมุดระดับในเขตกรุงเทพมหานครและปริมณฑล” เนื่องจากแผนที่ไม่สามารถหาแหล่งดาวน์โหลดทางการได้ จึงได้ดาวน์โหลดจากกระดานสนทนาจากเว็บไซต์ ที่ความคมชัดน้อย บางครั้งตัวเลขค่าระดับอาจจะแตกต่างค่าจริงไปบ้าง แต่ผมคิดว่าคงไม่ได้ทำให้การออกแบบ LDP กรณีศึกษานี้มีความด้อยลง ผมนำแผนที่ชุดนี้มา ทำ rubber sheet เพื่อขึงพิกัดให้เข้ากับเส้นโครงแผนที่ UTM จากนั้นทำการ digitize จุดแต่ละจุดระดับลง ไม่ได้เอาทุกจุด แต่เลือกจุดประมาณ 10 กม.ต่อหนึ่งจุด ค่าระดับนี้เป็นค่าระดับน้ำทะเลปานกลาง (Orthometric Height) ซึ่งเราจะแปลงค่าระดับนี้ไปเป็นค่าระดับเหนือทรงรี (Ellipsoid Height) ในขั้นตอนต่อไป

จากนั้นทำการจัดเก็บจุดค่าระดับเป็นไฟล์ shape file กำหนดระบบพิกัดเป็นภูมิศาสตร์ (Geographic) เพื่อสะดวกต่อการใช้ค่าพิกัดนี้ในภายหลัง

นำไฟล์รูปที่ขึงแล้วและไฟล์จุดค่าระดับเข้าโปรแกรม QGIS ใช้ฟังก์ชั่น vector ทำการหา Basic Statistics for fields จำนวนจุดทั้งหมด 365 จุด ค่าระดับต่ำสุด 0.000 เมตร ค่าระดับสูงที่สุด 9.956 เมตร ค่าเฉลี่ย Mean 2.988 เมตร ผมจะนำค่าเฉลี่ยนี้ไปใช้งาน ค่านี้ขอใช้ตัวย่อเป็น H0 = 2.988 เมตร

ค่าระดับ H0 = 2.988 เมตร นี้จะนำมาแปลงเป็นความสูงเทียบกับทรงรี (h0) การประยุกต์ใช้ LDP ก็คือนำระนาบมาวางแตะค่าระดับนี้ โดยที่กำหนดโซนความกว้างทางราบ และช่วงค่าระดับความสูงที่ยังสามารถใช้ได้

ไดอะแกรมแสดงเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำที่ระนาบพิกัดฉากสัมผัสที่ความสูงเฉลี่ย h0

2.เลือกเส้นโครงแผนที่และกำหนด Central Meridian ที่จุดใกล้จุดศูนย์กลางพี้นที่

เส้นโครงแผนที่ที่นิยมนำมาทำ LDP มี 3 ประเภทคือ Transverse Mercator (TM), Lambert Conformal Conic (LCC 1SP) และ Oblique Mercator (OM) โดยที่แนวทางการเลือกถ้าพื้นที่ยาวไปในทิศทางตะวันออกตะวันตกเลือก LCC ถ้าพื้นที่ยาวไปในทิศทางเหนือใต้เลือก TM ถ้าพื้นที่เอียงไปในแนวทะแยงมุมกันทิศเหนือใต้และตะวันออกตะวันตกให้เลือก OM ในเคสนี้พื้นที่ยาวในทิศทางเหนือใต้ก็เลือกเป็น TM ที่เราคุ้นเคยกันดี

ต่อไปกำหนด Central Meridian (CM) ที่จุดกึ่งกลางของพื้นที่ (Centroid) ผมไปดาวน์โหลดไฟล์ shape file ที่รวมเอาเส้นขอบเขตของจังหวัดในประเทศไทย เมื่อโหลดมาแล้วเปิดใน QGIS จากนั้นทำการรวมพื้นที่ 4 จังหวัดนี้แบบ Dissolve เพื่อให้เหลือเส้น polygon เส้นเดียว แล้วจะนำไปหาจุดศูนย์กลางพี้นที่ โดยใช้ฟังก์ชั่นด้าน vector ของ Geometry tools เพื่อหา centroid ได้จุดมาดังรูปด้านล่าง

ได้ค่าพิกัดภูมิศาสตร์ของจุด Centroid ดังนี้ latitude: 13.852166 longitude: 100.629706 หน่วยเป็นดีกรี แปลงเป็นหน่วย DMS ได้ latitude: 31°51’7.8″N longitude: 100°37’46.94″E การวาง central meridian จะนิยมเลือกลิปดา (second) ที่เป็นจำนวนเต็ม ผมเลือก ค่าเต็มๆคือ Latitude = 31°51′ และ CM = 100°38′

3.คำนวณหาค่าสเกลแฟคเตอร์ k0 ที่แกน Central Meridian

ก่อนหน้านี้ในข้อ 1. ผมได้ค่าระดับน้ำทะเลปานกลางของพื้นที่เฉลี่ย (H0) 2.988 เมตร จะนำค่านี้ไปแปลงเป็นค่าระดับเทียบทรงรี (h0) เตือนกันนิดว่าทรงรีที่เราใช้เป็น WGS84 การหา k0 ไม่ได้ยากตามสูตรนี้

การหาค่า h0 ก็ไม่ได้ยุ่งยากอะไรในทูลส์ Surveyor Pocket Tools ก็มีโปรแกรม Geoid Height ให้ใช้งาน h0 = H0 + N โดยที่ N คือ Geoid Separation แต่จะก่อนคำนวณทีละขั้นตอนแบบนี้แบบแมนวลผมจะขอเสนอวิธีที่สะดวกกว่านั้น ผมจะใช้ทูลส์ชือ Init Design LDP ที่อยู่ใน Surveyor Pocket Tools มาช่วย

คำนวณหาค่า k0 ด้วย Init Design LDP

เปิดโปรแกรม Init Design LDP จะเห็นหน้าตาโปรแกรมดังรูปด้านล่าง

ป้อนข้อมูลค่าระดับเฉลี่ย H0 = 2.988 เมตร ป้อนค่า Latitude of project center = 13°51′ และ Longitude of project center (CM )= 100°38′ ที่ได้จากข้อ 2.

จากนั้นคลิกที่ไอคอนลูกศรชี้ลง (เลข 3) เพื่อทำการคำนวณจะได้ผลลัพธ์ดังนี้

โปรแกรมจะคำนวณหาค่า h0 ให้และนำค่านี้ไปแทนในสมการด้านบน สุดท้ายจะคำนวณหา k0 = 0.999996 (แนะนำให้ใช้ทศนิยม 6 ตำแหน่ง) ผมพยายามขยับ CM ไปทางตะวันออกและตะวันตกครั้ง 15″ แต่ค่า k0 ยังเกาะที่ค่า 0.999996 นี้ ผมเลยเลือก CM = 100°38′

4.ตรวจสอบความเพี้ยน (Distortion) ตลอดทั้งพื้นที่

เป็นขั้นตอนที่สำคัญมาก คือถ้าเราเลือก Central Meridian มาหลายๆอันจะต้องเอาค่า k0 มาคำนวณหา Distortion

ค่า k คือ grid scale factor ค่า k นี้เราสามารถหาได้จาก สูตรด้านล่าง (เครดิตจาก Map Projection – A Working Manual ของ John P. Snyder หน้า 61)

สูตรก็เป็นสูตรเดียวที่เราใช้หา grid scale factor สำหรับ UTM เพียงแต่ค่า k0 ที่เราใช้จะเป็นค่า k0 ที่ได้จากการคำนวณด้วยโปรแกรม “Init Design LDP” คือ k0 = 0.99996, แทนค่า λ0 ด้วย 1.756383004 เรเดียน (λ0 คือ Central Meridian = 100°38′)

เลือกจุดทดสอบ

ผมเลือกจุดมาทั้งหมด 10 จุด ตำแหน่งให้อยู่ขอบๆ เป็นที่ทราบกันดี ว่าถ้าเป็นเส้นโครงแผนที่ TM ตัว grid scale factor จะเปลี่ยนจากด้านตะวันออก-ตะวันตกเท่านั้น (ไม่มีผลกับเลื่อนไปทางเหนือ-ใต้)

เรากำหนด CM ค่อนข้างจะกลางของพื้นที่ ดังนั้นจะมาดูกันว่าด้านขอบนั้นมี distortion จะยังอยู่ในเกณฑ์ไหม

การตรวจสอบจุดหาความเพี้ยนจะอาศัยการคำนวณจากสูตรที่ผมลงมาให้ก่อนหน้านี้ ลองมา workshop กันดูสักนิด เริ่มจากจุดที่ 1 แต่จุดต่อๆไปผมจะใช้ทูลส์อีกตัวในชุด Surveyor Pocket Tools มาช่วย

Point No 1

Lat (ɸ)= 13.5079570

Long (λ) = 100.8674784

H = 6.394

คำนวณหาความสูงเทียบกับทรงรี

ได้ค่าh = H + N แทนค่าในสูตร h = 6.394 -29.9632 = -23.5692 เมตร

คำนวณ R_G

R_Gเป็นค่าที่ขึ้นอยู่กับ latitude และพารามิเตอร์ของทรงรี (Ellipsoid) WGS84 ดังนี้

a = 6378137, e = 0.08181919084262149, e’ = 0.08209443794969568

แทนค่า

ใช้สูตรที่ 1 (formula 1) ได้ค่า R_G= 6359074.928

คำนวณค่า k

ใช้สูตรที่ 2 (formula 2) คำนวณได้ค่า T = 0.057708361, C = 0.006371791, A = 0.003973557 สุดท้ายคำนวณหาค่า k = 1.000003945

คำนวณหาค่าความเพี้ยน (Distortion)

แทนค่า k, R_G และค่า h ลงไป

จะได้ค่า 7.65 x 10^-6 เขียนให้ง่ายคือ 7.65 ppm (7.65 มม. ต่อหนึ่งล้านมม. ซึ่งก็เท่ากับ 7.65 มม.ต่อ 1 กม.) สรุปได้ว่าที่จุดที่ 1

Point No 1

Lat (ɸ)= 13.5079570

Long (λ) = 100.8674784

H = 6.394

มีค่าความเพี้ยน (Distortion) = 7.65 ppm จะเห็นว่ายังไม่เกินค่า 20 ppm ที่ผมตั้ง tolerance ไว้

สร้างเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำ

มาลองสร้างเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำโดยอาศัยทูลส์ Create LDP มาช่วย ทูลส์ตัวนี้นอกจากจะสร้าง LDP ได้แล้วยังสามารถตรวจเช็คค่าความเพี้ยนได้ทันที พร้อมทั้งแปลงค่าพิกัดจาก latitude/longitude ไปยังค่าพิกัดใน LDP ได้ เปิดทูลส์ Surveyor Pocket Tools คลิก Create LDP

ตามรูปบนผมสร้างเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำ โดยอันดับแรกเลือก Projection ก็คือ Transverse Mercator กำหนดใช้ Latitude of origin = 13°51′ และ Central Meridian = 100°38′ ผมกำหนดค่า False Northing (FN) = 500000 และ False Easting (FE) = 200000 หน่วยเป็นเมตร รับรองว่าค่าพิกัดขอบของพื้นที่จะไม่มีค่าติดลบ (พื้นที่ 85 กม. x 75 กม. หรือ 85000 ม. x 75000 ม.) และที่สำคัญมากคือค่า Scale factor at grid origin (k0) = 0.999996 ที่คำนวณไว้ตั้งแต่ตอนแรกๆ ค่า FN และ FE ผมหลีกเลี่ยงเลือกค่าที่ใกล้เคียงกัน และพยายามจะไม่ให้ค่ามากจนไปใกล้เคียงกับ UTM อันจะก่อให้เกิดความสับสน

คำนวณหาค่าความเพี้ยนด้วยทูลส์ Create LDP

ลองป้อนพิกัดจุดที่ 1 เข้าไปในกรอบที่ 2 ดังรูป

ทำการคำนวณด้วยการคลิกไอคอนรูปลูกศรจะได้ผลลัพธ์

ค่าความเพี้ยน 7.65 ppm ตรงกับที่เราคำนวณด้วยมือ ผมใช้โปรแกรมช่วยคำนวณมาทั้ง 10 จุดได้ผลลัพธ์ดังนี้

จะเห็นว่าจุด ที่ 3 มีความเพี้ยน (distortion) อยู่ที่ 13.18 ppm เพราะอยู่ชายขอบด้านตะวันออกสุด และจุดที่ 9 ค่าความเพี้ยนมากถึง 17.27 ppm อยู่เกือบขอบด้านตะวันตก แต่ยังไงก็ไม่เกิน 20 ppm ตัวเลขที่ตั้งไว้ ส่วนที่ลองจิจูดใกล้เคียงกับ CM ได้แก่จุดที่ 4 จะเห็นค่าความเพี้ยนเล็กมาก ขนาด -0.6 ppm แค่นั้นเอง

5.กำหนดพารามิเตอร์เส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำให้เรียบง่าย

จากที่คำนวณและออกแบบมาตั้งแต่ต้น สามารถกำหนดพารามิเตอร์เส้นโครงแผนที่นี้ให้เรียบง่ายและอ่านง่ายได้ดังนี้
Projection: Transverse Mercator
Latitude of grid origin: 13° 51’ 00” N
Longitude of central meridian: 100° 48’ 00” E
Northing at grid origin: 500,000 m
Easting at central meridian: 200,000 m
Scale factor on central meridian: 0.999996 (exact)

ค่าพารามิเตอร์นี้ต้องติดไว้ข้างแผนที่ที่ใช้เส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำนี้เสมอ

6.กำหนดหน่วยระยะทางและพื้นหลักฐานให้ชัดเจน

Linear unit: Meter

Ellipsoidal datum : World Geodetic System 1984 (WGS84)

Vertical datum: Mean Sea Level (MSL)

System: Bangkok Metropolis Low Distortion Projection Coordinate System

Zone: Bangkok Metropolis Area

หน่วยระยะทางและพื้นหลักฐานต้องติดไว้ข้างแผนที่ที่ใช้เส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำนี้เสมอ

จัดเก็บเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำเข้าฐานข้อมูล

ทูลส์ Create LDP นอกจากสามารถคำนวณหาค่าความเพี้ยนและแปลงพิกัดได้แล้ว ยังสามารถจัดเก็บเส้นโครงแผนที่ที่เราออกแบบ เข้าไปเก็บในฐานข้อมูล เพื่อความสะดวกสามารถนำมาใช้ในภายหลังได้ เมื่อเปิดโปรแกรม Surveyor Pocket Tools

คลิกที่ LDP Database จะเห็นฐานข้อมูลของ LDP สำหรับเครื่องผมแล้วมีฐานข้อมูลเก็บเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำที่ผมนำมาศึกษาดังนี้

กลับมาที่ทูลส์ Create LDP ดั้งเดิมเรามีเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำที่กำหนดไว้ดังนี้ ต้องการจัดเก็บให้คลิกที่ไอคอน LDP โปรแกรมจะถามยืนยันว่าต้องการจัดเก็บหรือไม่

จากนั้นกลับมาดูที่ LDP Database คลิกที่ไอคอนลูกศรวนเพื่อ “Refresh” จะเห็นฐานข้อมูลอัพเดทดังนี้ ผมวงสีแดงเน้นให้ดูพารามิเตอร์ที่ป้อนไป

แปลงพิกัดด้วยทูลส์ Transform Coordinates

เมื่อจัดเก็บฐานข้อมูลเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำแล้ว ต้องการแปลงพิกัดระหว่าง UTM/Geographic ไปยังเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำก็สามารถทำได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้ เริ่มจากเปิดโปรแกรม Transform Coordinates มาก่อน

จากตัวอย่างคำนวณค่าพิกัดยูทีเอ็ม N = 1,561,926.0937, E = 639,807.9239 Zone: 47N บนพื้นหลักฐาน WGS84 ไปยังพื้นหลักฐาน Bangkok Metropolis (LDP) จะได้ค่าพิกัด N = 530,441.5826, E = 163,493.4658

เครดิตสูตรที่นำมาใช้

เส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำจริงๆแล้วก็คือเส้นโครงแผนที่ตัวหนึ่ง ไม่มีอะไรพิเศษพิศดาร เพียงแต่ยกระนาบขึ้นมาแตะทึ่ค่าระดับเฉลี่ย h0 จุดนี้เองที่พิเศษเพราะว่าจะได้ค่า k0 ตัวใหม่ที่ไม่ใช่ 0.9996 แบบยูทีเอ็ม ดังนั้นสูตรที่นำมาใช้เพื่อคำนวณเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำ ทั้งการหา Grid Scale Factor หรือแปลงพิกัด ก็ยังเป็นสูตรของ Transverse Mercator

ในโปรแกรม Surveyor Pocket Tools ผม implement สูตรการคำนวณจาก Map Projection – A Working Manual by John P. Snyder เป็นโค้ดภาษาไพทอนเฉพาะการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับ LDP ส่วนการแปลงพิกัดข้ามพื้นหลักฐานอื่นๆยังใช้ไลบรารีจาก Proj4 ถ้าสนใจสูตรของ Transverse Mercator ให้ไปดูได้ที่หน้า 60-63 ของตำราเล่มนี้

ผมก็ยังยืนยันว่าถ้าสามารถประยุกต์ใช้งาน LDP ได้เป็นโซนๆ จะช่วยทำให้งานสำรวจ ออกแบบ ก่อสร้างและงานแผนที่ ทั้งงานในสำนักงานและงานในสนาม สามารถคลี่คลายไปได้ สามารถแก้ปัญหาเรื่องระยะทางที่เคยต่างในสองโลก ได้กลับมาใกล้เคียงกันมากจนยอมรับได้ แต่ต้องมีหน่วยงานที่มากำหนดมาตรฐานแบ่งโซนพื้นที่และออกแบบเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำในแต่ละโซนได้เหมาะสมกับสภาพพื้นที่ ในกรณีนี้จะต่างกับค่าพิกัดลอยเพราะศูนย์กำเนิดลอยเป็นการตั้งขึ้นมาเองไม่มีมาตรฐาน ไม่สามารถแปลงพิกัดไปยังค่าพิกัดภูมิศาสตร์หรือยูทีเอ็มได้

เนื่องจากทิ้งท้ายบทความเรื่องออกแบบเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำ ตอนที่ 1 ไว้นานมาก จนมีผู้อ่านหลายท่านได้ทักท้วงมา ประกอบกับโปรแกรมทูลส์ที่ช่วยในการออกแบบก็เช่นกันพัฒนาไว้นานมาก แต่ไม่มีโอกาสได้นำเสนอวิธีการใช้งาน ก็ถือเป็นโอกาสอันดีได้นำเสนอวิธีการออกแบบเส้นโครงแผนที่ รวมถึงวิธีการใช้งานโปรแกรมด้วย พบกันตอนต่อไปครับ

ติดปีกเครื่องคิดเลขเทพ Casio fx 9860G II SD ด้วยโปรแกรมภาษาซีบน AddIn ตอนที่ 9 โปรแกรมคำนวณหาจุดตัด (Intersection)

งานในด้านสำรวจเป็นงานที่ต้องเกี่ยวข้องกับ Geometry บน plane เป็นส่วนใหญ่ ในบางครั้งอาจจะมีโจทย์ที่ต้องคำนวณหา จุดตัดระหว่างเส้นตรงสองเส้น หรือเส้นตรงกับวงกลม หรือวงกลมกับวงกลม โดยที่เส้นตรงอาจจะทราบค่าพิกัดหัวและท้าย หรือทราบค่าพิกัดเพียงหนึ่งจุดและค่าอะซิมัท ส่วนวงกลมนั้นจะต้องทราบค่าพิกัดจุดศูนย์กลางและรัศมี สูตรการคำนวณไม่ได้ยาก สมัยนี้โจทย์พวกนี้เราใช้โปรแกรมด้าน CAD เขียนแบบช่วยเสียเป็นส่วนใหญ่ อย่างที่ผมเคยบอกออกไปครับ ถ้าช่างสำรวจเรามีโอกาสได้ใช้สมองคิดด้าน geometry บ้างและสามารถใช้เครื่องคิดเลขเป็นตัวช่วย ก็จะสามารถพัฒนาทักษะด้านนี้พอสมควร

โปรแกรมคำนวณหาจุดตัด (Intersection)

โปรแกรมเขียนไว้นานแล้ว แต่มีโอกาสมาปรับแก้ใหม่ให้สามารถคำนวณจุดสัมผัส เช่นเส้นตรงกับวงกลมโดยสามารถตั้ง Tolerance ได้ ผมตั้งไว้ที่ 1 มม. ขอขยายความว่าเราสามารถหาจุดตัดเส้นตรงกับวงกลมได้เป๊ะๆ สองจุด แต่ในกรณีที่เป็นจุดสัมผัส (Tangent) นั้นยากโอกาสน้อยมากที่จะคำนวณหาจุดสัมผัสจากโจทย์ที่กำหนดเส้นตรงที่ผ่านจุดและมีทิศทางตามอะซิมัท มาสัมผัสกับวงกลมที่กำหนดจุดศูนย์กลางและรัศมี ผมจึงตั้ง tolerance ไว้ 1 มม. ถ้าเส้นตรงมาเฉียดจุดสัมผัสนี้ไม่ว่าจะด้านนอกหรือด้านในวงกลมถ้าระยะห่างเส้นตรงห่างจากจุดสัมผัสจริงน้อยกว่า 1 มม. ก็ให้ถือว่าเส้นตรงเส้นนี้สัมผัสกับวงกลม สำหรับไอคอนโปรแกรมเมื่อติดตั้งแล้ว ดังรูปด้านล่าง

ดาวน์โหลดและติตตั้งบนเครื่องคิดเลข

ไปที่หน้าดาวน์โหลด (Download) มองหาโปรแกรมบนเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G II SD ชื่อโปรแกรม Intersection จากนั้นทำการดาวน์โหลดมาจะได้ไฟล์ชื่อ “INSCTEX.G1A” แล้วทำการ copy ไฟล์ตัวนี้ไปยังเครื่องคิดเลขด้วยโปรแกรม Casio FA-124 หรือ copy ผ่านทางตัว SD Card ที่มากับเครื่องคิดเลข

เริ่มต้นใช้งานโปรแกรมหาจุดตัด (Intersection)

กดคีย์ “Main Menu” ของเครื่องคิดเลขใช้คีย์ลูกศรไล่ไปหาไอคอนโปรแกรม Intersection ดังรูป แล้วกดคีย์ “EXE”

เมนูหลักของโปรแกรม

จะเห็นหน้าตาโปรแกรม เหมือนทุกๆโปรแกรมจะมีชื่อโปรแกรม รุ่น พร้อมทั้งบอกลิขสิทธิ์ย่อๆว่าสามารถใช้งานได้ฟรี หรือสำเนาจ่ายแจกให้คนอื่นได้ ซึ่งจะมีเมนูหลักดังนี้

F1 – Set สำหรับเลือกการคำนวณว่าจะเป็นเส้นตรงตัดกับเส้นตรง เส้นตรงกับวงกลม หรือวงกลมกับวงกลม

F2 – IN (Input) จะเป็นการป้อนค่าพิกัดหรืออะซิมัท ตามตัวเลือกที่เลือกไว้ในเมนูแรก (F1 – Set)

F3 – Calc คำนวณหาจุดตัด ซึ่งในเมนูย่อยสามารถแสดงรูปเส้นตรง (Plot) วงกลมพร้อมจุดตัดได้

F5 – Info แสดงเครดิตไลบรารี ที่โปรแกรมนำมาใช้งาน

F6-Exit ออกจากโปรแกรม

ตัวอย่างที่ 1 คำนวณหาจุดตัดระหว่างเส้นตรงกับเส้นตรง (Line and Line Intersection)

เป็นการคำนวณหาจุดตัดเมื่อกำหนดเส้นตรงสองเส้นที่มีค่าพิกัดหัวและท้าย ดังรูปด้านล่างเป็นแปลงที่ดิน DEFG ต้องการหาค่าพิกัดจุด “X” ซึ่งเป็นพิกัดศุนย์กลางพื้นที่ที่เกิดจากเส้นตรงจากมุมของแปลงที่ดินลากเป็นเส้นทแยงมุมตัดกัน

เลือกรายการคำนวณ

ที่เมนูหลักของเครื่องคิดเลขกดคีย์ F1-Set จะเห็นตัวเลือกรูปแบบการคำนวณจุดตัด (Intersection Type) เมื่อกดคีย์ “EXE” จะเห็นรายการให้เลือก 4 อย่าง ให้เลือก “Line X Line” ดังรูป กดคีย์ “EXE” จากนั้นกดคีย์ F6-OK เพื่อออก

ป้อนค่าพิกัด

กลับมาที่เมนูหลักของโปรแกรม กดคีย์ F2-IN ป้อนค่าพิกัดของเส้นตรงสองเส้น ตามโจทย์ข้างต้น กดคีย์ F6 – OK เพื่อออก

คำนวณหาจุดตัด

กลับมาที่เมนูหลักของโปรแกรม จากนั้นกดคีย์ F3 – Calc เพื่อคำนวณหาจุดตัด “X” โปรแกรมจะทวนค่าพิกัดของเส้นตรงเส้นที่ป้อนไว้ก่อนจะแสดงค่าพิกัดจุดตัด ถ้าจุดนี้อยู่บนเส้นตรงทั้ง 2 เส้น กดคีย์ F2 – PgDn เพื่อเลื่อนไปหน้าต่อไป

หน้าสุดท้ายจะเห็นค่าพิกัดจุดตัด “X” N = 1652.560, E = 1739.142

แสดงรูปตัด (Plot)

กดคีย์ F5-Plot เพื่อแสดงเส้นตรงสองเส้นและจุดตัด จอภาพเป็น dot pixel หยาบๆก็ได้ขนาดนี้พอให้เกิดจินตนาการว่าเส้นตรง 2 เส้นวางตัวในลักษณะใดและตัดกันที่ตรงไหน กดคีย์ F6-Done เพื่อออก

ตัวอย่างที่ 2 คำนวณหาจุดตัดระหว่างเส้นตรงกับเส้นตรง (Azimuth and Azimuth Intersection)

การกำหนดเส้นตรงโดยกำหนดจุดและอะซิมัทให้ ในกรณีนี้เส้นตรงจะยาวไม่สิ้นสุด ดังนั้นถ้าเส้นตรงที่กำหนดไม่ขนานกัน ก็มั่นใจได้เลยว่าหาจุดตัดได้แน่ (ต่างจากตัวอย่างแรกที่หาจุดตัดบนเส้นตรงทั้งสองเท่านั้น)

กำหนดเส้นตรงที่เป็น Alignment ของงานถนน เส้นที่ 1 เป็น ผ่านจุด N: 2641990.928 , E = 231848.514 Azimuth: 35°28′ 1.7433″ เส้นที่ 2 ผ่านจุด N: 2641812.446 E: 231753.041 Azimuth: 9°12′ 20.4212″ คำนวณหาจุดตัด PI (Point of Intersection)

เลือกรายการคำนวณ

ที่เมนูหลักของโปรแกรม กดคีย์ F1-Set เลือกรายการคำนวณ “Azi X Azi” กดคีย์ F6-OK เพื่อออก

ป้อนค่าพิกัด

กลับมาที่เมนูหลักโปรแกรม กดคีย์ F2-IN เพื่อป้อนค่าพิกัด ไม่ลืมว่าป้อนอะซิมัทคั่นด้วยเครื่องหมายลบ เมื่อเสร็จแล้วกดคีย์ F6-OK เพื่อออก

คำนวณหาจุดตัดและแสดงรูป

ที่เมนูหลักของโปรแกรม กดคีย์ F3-Calc เพื่อคำนวณหาจุดตัด โปรแกรมจะทวนค่าพิกัดที่ป้อนเข้าไปก่อน กดคีย์ F2-PgDn เพื่อเลื่อนไปหน้าแสดงผลถัดไป

จะได้ค่าพิกัดจุดตัดที่เป็นจุด PI (Point of Intersection N: 2641870.013, E: 231762.371 กดคีย์ F5-Plot จะเห็นรูปร่างเส้นตรงสองเส้น พร้อมจุดตัด “I1” บนหน้าจอภาพกดคีย์ F6-Done สองครั้งเพื่ออก

ตัวอย่างที่ 3 คำนวณหาจุดตัดระหว่างเส้นตรงกับวงกลม (Azimuth and Circle Intersection)

อย่างที่ผมเกริ่นไปข้างต้นว่าเส้นตรงถ้าตัดผ่าเข้าไปในวงกลมจะได้จุดตัดสองเส้น แต่กรณีพิเศษที่เส้นตรงไปสัมผัสกับวงกลมกรณีนี้จะได้จุดตัดคือจุดสัมผัสมาจุดเดียว มาลองดูตัวอย่างแบบนี้ กำหนดให้เส้นตรงผ่านจุด N: 2642178.562, E: 231597.085 Azimuth: 161°8′ 58.2981″ กำหนดวงกลมมีจุดศูนย์กลาง N: 2641772.451, E: 231999.821 รัศมี 249.921 เมตร

เลือกรายการคำนวณ

ที่เมนูหลักของโปรแกรม กดคีย์ F1-Set เลือกรายการคำนวณ “Azi X Cir” กดคีย์ F6-OK เพื่อออก

ป้อนค่าพิกัดและรัศมีวงกลม

ที่เมนูหลักของโปรแกรม กดคีย์ F2-IN เพื่อป้อนค่าพิกัดของเส้นตรงและป้อนค่าอะซิมัท ป้อนค่าพิกัดศูนย์กลางวงกลมพร้อมทั้งรัศมี เสร็จแล้วกดคีย์ F6-OK เพื่อออก

คำนวณจุดตัดและแสดงรูป

ที่เมนูหลักของโปรแกรมกดคีย์ F3-Calc เพื่อคำนวณจะได้ผลลัพธ์แสดงผลมาดังรูปด้านล่าง

สังเกตว่าตรงจุดตัดโปรแกรมจะแสดงว่าได้จุดสัมผัส Tangent มา 1 จุดคือ N: 2641691.702, E: 231763.305 กดคีย์ F5-Plot เพื่อแสดงรูปเส้นตรงและวงกลม ก็พอกล้อมแกล้มการวาดรูปร่างวงกลม ไม่มีไลบรารีของเครื่องคิดเลขต้องอาศัยวาดจุดลงไปตามเส้นรอบวงแทน จุดสัมผัสแสดงด้วยตัวอักษร “I1” จุดศูนย์กลางวงกลมแสดงด้วยตัวอักษร “C1”

ตัวอย่างที่ 4 คำนวณหาจุดตัดระหว่างวงกลมกับวงกลม (Circle and Circle Intersection)

มาถึงตัวอย่างสุดท้าย ผมจะขอรวบรัดแสดงเฉพาะรูปหน้าจอ กำหนดโจทย์ วงกลมวงแรกมีค่าพิกัดศูนย์กลาง N: 2641210.885, E: 232480.916 รัศมี 525 เมตร วงกลมวงที่ 2 N: 2641256.635 E: 233130.568 รัศมี 250 เมตร คำนวณหาจุดตัดระหว่างวงกลมสองวงนี้

จัดเก็บข้อมูลและเรียกมาใช้ภายหลัง

เพื่อให้ผู้ใช้งานได้สะดวก การจับเก็บตัวแปรเช่นค่าพิกัดที่เคยป้อนไปแล้ว เมื่อเปิดโปรแกรมมาอีกรอบค่านั้นจะยังอยู่ ผมจึงอาศัยวิธีการจัดเก็บไฟล์ลงบน SDCard ที่เสียบไว้ที่เครื่องคิดเลขของเรา เมื่อออกจากโปรแกรม และจออ่านไฟล์มาอีกทีเมื่อเปิดโปรแกรม

ก่อนจะใช้งานได้ต้องมีการเตรียมโฟลเดอร์บน SDCard ดังต่อไปนี้ คือดึง SDCard จากเครื่องคิดเลขมาเสียบบนคอมพิวเตอร์ แล้วทำการสร้างโฟลเดอร์ชื่อ “svdata” ดังรูป แต่ถ้ามีการสร้างมาแล้วก็ไม่จำเป็นต้องทำอะไร

จากนั้นนำ SDCard มาเสียบบนเครื่องคิดเลขอีกครั้ง เมื่อนำไปใช้งานได้สักพักถ้าเอามาเปิดอีกครั้งจะเห็นไฟล์หลายๆไฟล์ มีนามสกุลเป็น “CFG” หมายถึง config ตัวอย่างถ้าใช้โปรแกรมคำนวณหาจุดตัดนี้ไฟล์ที่จัดเก็บข้อมุลคือ “INTSCT.CFG”

ก็ยังมีหลายซีรี่ย์สำหรับโปรแกรมเครื่องคิดเลขในชุดนี้ ก็ติดตามกันได้ต่อไปครับ

Update: โปรแกรมแปลงค่าพิกัดภูมิศาสตร์ Geographic Calculator (GeoCalc) บนเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G II SD

Geographic Calculator

สืบเนื่องจากตอนก่อนหน้านี้ผมได้นำเสนอโปรแกรมแปลงพิกัด Geographic Calculator แบบไม่ได้ใช้ไลบรารีช่วยเรื่อง User Interface โปรแกรมมีลักษณะง่ายๆ เปิดมาเจอเมนูเลือกลักษณะที่จะคำนวณ จากนั้นโปรแกรมจะถามค่าพิกัดที่ต้องการแปลงแล้วคำนวณให้ ข้อดีคือใช้ง่าย ข้อเสียถ้าป้อนข้อมูลผิดพลาด จะย้อนกลับไม่ได้ ต้องเดินหน้าผิดไปจนจบ แล้วค่อยย้อนกลับมาอีกที

เปลี่ยนรูปแบบการติดต่อกับผู้ใช้ด้วยไลบรารี MyLib

ไลบรารี MyLib เป็นไลบรารีภาษาซีเล็กๆที่ผู้พัฒนาใช้นาม hayzel ได้เขียนไว้เพื่อใช้บนเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G II SD ผมนำมาใช้และชอบ ทำให้มีแรงใจที่จะเขียนโปรแกรมบนเครื่องคิดเลขรุ่นเทพรุ่นนี้ได้มาหลายโปรแกรม และก็เหมือนเดิมครับว่าโปรแกรมที่ผมเขียนนั้นใช้งานได้ฟรี (Freely Usability) เพื่อใช้ในแวดวงงานสำรวจทำแผนที่ตลอดจนงานสำรวจเพื่อการก่อสร้างก็ตาม

ก็ขอตั้งชื่อโปรแกรมเล็กๆสำหรับแปลงพิกัดบนพื้นหลักฐาน WGS84 นี้ว่า “GeoCalc Extra” ก่อนอื่นสูตรที่ใช้ในการคำนวณผมใช้ไลบรารีชื่อ mgrs สามารถคำนวณแปลงพิกัดในระบบพิกัด UTM, geographic, UPS และ MGRS ได้ ขนาดไม่ใหญ่มากนัก สามารถคอมไพล์และบิวท์มาใส่เครื่องคิดเลขรุ่นนี้ได้ ทั้ง MyLib และ mgrs เป็นโปรแกรมเปิดโค้ด ฟรีทั้งคู่

ดาวน์โหลดโปรแกรม (Download)

ไปที่หน้าดาวน์โหลด (Download) มองหาโปรแกรมบนเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G II SD ชื่อโปรแกรม GeoCalc Extra จากนั้นทำการดาวน์โหลดมาจะได้ไฟล์ชื่อ “GEOCALC.G1A” แล้วทำการ copy ไฟล์ตัวนี้ไปยังเครื่องคิดเลขด้วยโปรแกรม Casio FA-124 หรือ copy ผ่านทางตัว SD Card ที่มากับเครื่องคิดเลข

เริ่มใช้โปรแกรม

ที่ “Main Menu” ของเครื่องคิดเลขเลื่อนไปหาไอคอนของโปรแกรมดังรูปด้านล่าง เมื่อกดคีย์ “EXE” แล้วจะเข้าเมนูของโปรแกรม ดังนี้

F1 – Set เลือกรายการคำนวณแปลงพิกัดระหว่าง UTM, Geographic หรือ MGRS

F2 – Src (Source) ป้อนค่าพิกัดที่ต้องการแปลงพิกัด

F3 – Calc คำนวณแปลงพิกัดพร้อมแสดงผลลัพธ์

F5 – Info แสดงเครดิตไลบรารีที่โปรแกรมใช้งาน

F6 – Exit ออกจากโปรแกรม

เลือกรายการคำนวณ (Menu)

ที่เมนูหลักกดคีย์ F1 – Set เพื่อเข้าไปเลือกรายการคำนวณ จะเห็น ระบบพิกัดเริ่มต้น (Source) และระบบพิกัดปลายทาง (Target) ส่วนด้านล่าง MGRS Precision จะเป็นความละเอียดของระบบพิกัด MGRS (Military Grid Reference System) เลือกได้ 6 ระดับคือ 0, 2, 4, 6, 8, 10

ตัวอย่างที่ 1 แปลงค่าพิกัดจากค่าพิกัดภูมิศาสตร์ไปยังค่าพิกัดยูทีเอ็ม (Geographic to UTM)

ตั้งค่าระบบพิกัดเริ่มต้นและปลายทาง

ตั้งค่าระบบพิกัดต้นทางและปลายทางดังรูป จากนั้นกดคีย์ F6 – OK เพื่อออก

ป้อนค่าพิกัด

กลับมาที่เมนูหลักของโปรแกรมอีกครั้ง กดคีย์ F2 – Src เพื่อป้อนค่าพิกัดภูมิศาสตร์

ป้อนค่าพิกัดละติจูด Latitude 39°57’9.34803″N โดยการป้อน 39-57-9.34803N ค่าลองจิจูด 75°9’54.75490″W ป้อนค่า 75-9-54.75490W เสร็จแล้วกดคีย์ F6 – OK เพื่อออกไปคำนวณ

คำนวณแปลงพิกัด

กลับมาที่เมนูหลักของโปรแกรม กดคีย์ F3 – Calc เพื่อคำนวณจะได้ผลลัพธ์ดังรูปด้านล่าง โปรแกรม

จะแสดงค่าพิกัดเริ่มต้นให้และค่าพิกัดปลายทางคือยูทีเอ็มให้ พร้อมทั้งบอกโซนของยูทีเอ็มให้ กดคีย์ F6 – Done เพื่อออก

ตัวอย่างที่ 2 แปลงค่าพิกัดจากค่าพิกัดยูทีเอ็มไปยังค่าพิกัด MGRS (UTM to MGRS)

กำหนดค่าพิกัดยูทีเอ็ม (UTM) ดังนี้ N: 2642783.110, E: 232030.949 UTM Zone No: 46N กลับมาที่เมนูหลักของโปรแกรม กดคีย์ F1 – Set เพื่อเปลี่ยนรายการคำนวณ ตั้งค่าตามรูปด้านล่าง

เสร็จแล้วกดคีย์ F6 – OK เพื่อออก

กลับมาเมนูหลักของโปรแกรมกดีย์ F2 – Src เพื่อออกป้อนค่าพิกัดยูทีเอ็มดังนี้ จากนั้นกดคีย์ F6 – OK เพื่อออก

กลับมาที่เมนูหลักของโปรแกรม กดคีย์ F3 – Calc เพื่อคำนวณ จะได้ผลลัพธ์ดังรูปด้านล่าง

ตัวอย่างที่ 3 แปลงค่าพิกัดจากค่าพิกัด MGRS ไปยังค่าพิกัดภูมิศาสตร์ (MGRS to Geographic)

กำหนดค่าพิกัด MGRS: 46QCK0907425049 ส่วนขั้นตอนจะขอรวบรัดแสดงด้วยรูปภาพ

จัดเก็บข้อมูลและเรียกมาใช้ภายหลัง

จากนั้นนำ SDCard มาเสียบบนเครื่องคิดเลขอีกครั้ง เมื่อนำไปใช้งานได้สักพักถ้าเอามาเปิดอีกครั้งจะเห็นไฟล์หลายๆไฟล์ มีนามสกุลเป็น “CFG” หมายถึง config ตัวอย่างถ้าใช้โปรแกรมคำนวณโค้งแปลงพิกัดภูมิศาสตร์นี้ไฟล์ที่จัดเก็บข้อมุลคือ “GEOCALC.CFG”

ก็ตามที่สัญญาไว้ว่าจะไล่รื้อโปรแกรมเก่าๆ ที่ลงมาหลายๆตอนหน้านี้ด้วยระบบติดต่อผู้ใช้ตามไลบรารี mylib ที่ผมใช้อยู่ ติดตามกันตอนต่อไปครับ

ติดปีกเครื่องคิดเลขเทพ Casio fx 9860G II SD ด้วยโปรแกรมภาษาซีบน AddIn ตอนที่ 8 โปรแกรมคำนวณสเกลแฟคเตอร์ (Scale Factor)

โปรแกรมคำนวณสเกลแฟคเตอร์ (Scale Factor) สำหรับเครื่องคิดเลข Casio fx-9860 G

ช่วงนี้อยู่ในชุดซีรี่ย์โปรแกรมเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G ต่อไปขอนำเสนอโปรแกรมคำนวณสเกลแฟคเตอร์ (Scale Factor) ตัวโปรแกรมพัฒนาด้วยภาษาซี ใช้เป็นโปรแกรม AddIn ดังรูปด้านล่าง

ปัญหาการคำนวณสเกลแฟคเตอร์

สเกลแฟคเตอร์ในที่นี้ผมจะขอหมายถึง Elevation Scale Factor (ESF), Grid Scale Factor (GSF) ตลอดจน Combined Scale Factor (CSF) สามารถอ่านได้จาก blog ก่อนหน้านี้ของผมได้ที่ใช้โปรแกรม Surveyor Pocket Tools มาช่วยคำนวณ ผู้อ่านอาจจะเคยสังเกตว่าจะไม่เคยเห็นโปรแกรมคำนวณสเกลแฟคเตอร์ในเครื่องคิดเลขเท่าใดนัก ในกรณีนี้คือพวกเราใช้ค่าระดับที่อิงระดับน้ำทะเลปานกลาง (แทนด้วยสัญลักษณ์ตัว “H“) กันเป็นหลัก น้ำทะเลปานกลางนี้สามารถใช้พื้นผิวจีออยด์ (Geoid) แทนได้ แต่การคำนวณหา Elevation Scale Factor เราจะต้องทราบค่าระดับที่อ้างอิงกับ Ellipsoid (แทนด้วยสัญลักษณ์ตัว “h“) ไม่ใช่เทียบกับระดับน้ำทะเลปานกลาง ความต่างระหว่างพื้นผิวจีออยด์และพื้นผิวทรงรี เราเรียกว่า Geoid Separation (แทนด้วยสัญลักษณ์ตัว “N“) ความสัมพันธ์ระหว่างสามสิ่งนี้คือ h = H + N

การหา Geoid Separation (N) จะต้องใช้ Earth Gravity Model ซึ่งก่อนหน้านี้ใช้ EGM96 ปัจจุบันใช้ EGM2008 ที่มีความละเอียดถูกต้องมากกว่า ซึ่งโมเดลต่างๆเหล่านี้จะเป็นไฟล์ที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่จนใหญ่มาก ทำให้ไม่สามารถนำมาใช้กับเครื่องคิดเลขในระดับนี้ได้ และถ้าเขียนโปรแกรมด้วย Casio Basic ก็คงหมดสิทธิ์ครับเพราะไม่มีคำสั่งในการอ่านเขียนไฟล์

ปัญหาและทางออก

ผมพยายามใช้โค้ดภาษาซีในการอ่านไฟล์โมเดล EGM96 ด้วย egm96-f477.c โปรแกรมสามารถคอมไพล์และบิวท์ผ่าน แต่ตอนประมวลผลอ่านไฟล์ เนื่องจากต้องใช้เมโมรีเครื่องคิดเลขมาอ่านไฟล์เข้าไปเก็บในหน่วยความจำพบว่า เมโมรีไม่พอ พยายาม optimize ด้วยตัวเองหลายๆทางแต่ไม่สำเร็จ จนมาพบโดยบังเอิญในเว็ปไซต์ ตามลิ๊งค์นี้ จุดประสงค์ทางผู้พัฒนาไลบรานี้เพื่อเขียนแอพลงบนโทรศัพท์มือถือแอนดรอยด์ วิธีการคือเขาได้ Normalize ค่า geoid separation จาก EGM2008 ขนาดเต็มลงมาเหลือขนาดแถวคอลัมน์ 181 x 91 ความถูกต้องจะถูกลดทอนลง ผมสนใจเลยเอามาคอมไพล์บน Casio SDK พบว่าทำงานได้ ใช้เมโมรีเครื่องคิดเลขที่มีอยู่เพียงพอ แต่ก็จวนเจียนจะใช้หมดเหมือนกัน เอาละความคิดที่เคยจะเขียนโปรแกรมคำนวณสเกลแฟคเตอร์บเครื่องคิดเลขก็มาเป็นจริง อาจจะได้ค่าสเกลแฟคเตอร์ที่ไม่ละเอียดเท่าคำนวณจากคอมพิวเตอร์แต่ในระดับทศนิยมหกตำแหน่ง ถือว่าได้ครับ

เครดิตผู้พัฒนาไลบรารี Geoid

ต้องขอบคุณผู้พัฒนาคือ Stefan Röttger (stefan@stereofx.org) มา ณ ที่นี้ ติดตามผลงานได้ที่เว็บไซต์ http://www.open-terrain.org/index.php ไลบรานี้ใช้สัญญาอนุญาตแบบ New BSD License

เตือนสติเรื่องสเกลแฟคเตอร์

ผมชอบวาทะของอ.ดีบุญ เมธากุลชาติ ก็ขออนุญาตเอาจากสไลด์มาแสดง ณ ที่นี้ด้วย อ.ดีบุญเรียก Grid Scale Factor ว่าตัวประกอบมาตราส่วน ส่วน Elevation Scale Factor เรียกว่าตัวประกอบความสูง ได้ใจความครบถ้วนดีครับ และก็เตือนสติคนใช้แผนที่ดังนี้

Grid Scale Factor เมื่อคูณกับ Elevation Scale Factor จะได้ Combined Scale Factor ตัวประกอบตัวนี้คือตัวสำคัญที่จะนำไปคูนกับระยะทางที่วัดบนพื้นผิวโลกเพื่อทอนลงมาบนระนาบราบของแผนที่ (Grid Distance)

ใช้ไลบรารีแปลงพิกัด MGRS

เนื่องจากโปรแกรมนี้ต้องแปลงค่าพิกัดจากระบบพิกัดฉาก UTM บนดาตั้ม WGS84 ไปยังค่าพิกัดภูมิศาสตร์ เพื่อส่งไปให้ฟังก์ชั่นคำนวณหาค่าสเกลแฟคเตอร์ที่ต้องการทราบค่าละติจูด ดังนั้นผมใช้ไลบรารี mrgs พัฒนาโดย Howard Butler ไลบรานี้ใช้สัญญาอนุญาตแบบ MIT License

สิ่งที่โปรแกรมต้องการ

โปรแกรมสามารถคำนวณได้ 2 แบบคือแบบ Point Scale Factor คือแบบจุดเดี่ยวๆ สามารถคำนวณมาใช้แทนพื้นที่เล็กๆประมาณ 1 กม. x 1 กม. ได้ดี และรูปแบบที่ 2 คือ Line Scale Factor ใช้สำหรับพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นมา ใช้ค่าพิกัด 2 จุดหัวและท้าย โปรแกรมจะต้องการทราบค่าดังนี้

เลือกโซนของยูทีเอ็ม (UTM Zone) ตั้งแต่โซน 1 ถึง 60 และเลือกซีกโลก (Hemisphere) เลือกได้สองอย่างคือเหนือหรือใต้เส้นศูนย์สูตร
ค่าพิกัดและค่าระดับของจุดที่ต้องการทราบค่าสเกลแฟคเตอร์ ต้องการค่าพิกัดเหนือใต้ในระบบยูทีเอ็มและค่าระดับที่อ้างอิงเหนือระดับน้ำทะเลปานกลาง (Orthometric Height above Meas sea level)

ในการคำนวณตัวประกอบความสูง (Elevation Scale Factor) โปรแกรมจะนำค่าความสูงเหนือระดับน้ำทะเลปานกลางมาคำนวณเป็นค่าระดับความสูงเทียบกับระดับทรงรี (Ellipsoid Height) ที่เราไม่สามารถนำค่าระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเลปานกลางมาใช้คำนวณเพราะว่า ตัวอย่างเข่นในประเทศไทย ค่าระดับน้ำทะเลปานกลางจะอยู่ใต้ทรงรีประมาณ 6-42 เมตร ถ้านำไปคำนวณจะได้ค่าตัวประกอบความสูงที่ไม่ถูกต้อง

ดาวน์โหลดโปรแกรม

ไปที่หน้าดาวน์โหลด Download มองหาโปรแกรม Scale Factor สำหรับเครื่องคิดเลข Casio fx-9860 G II SD ดาวน์โหลดไฟล์โปรแกรมชื่อ SFACTOR.G1A ติดตั้งลงเครื่องคิดเลข

เริ่มต้นใช้งาน

เมื่อเมนูหลัก (Main Menu) เมื่อเลื่อนลูกศรมาที่ไอคอนโปรแกรมกดคีย์ “EXE” จะเข้ามาในโปรแกรมดังรูปด้านล่าง จะเห็นเมนูด้านล่างเรียงรายกันไป ได้แก่

Sett- Setting (ตั้งค่าโซนยูทีเอ็มและเลือกซีกโลก)

PSF – Point Scale Factor ( คำนวณหาค่าสเกลแฟคเตอร์ของจุดเดี่ยว

LSF – Line Scale Factor (คำนวณหาค่าสเกลแฟคเตอร์เฉลี่ยจากจุดสองจุด)

Info – Information (แสดงไลบรารีที่ผมใช้งานอยู่ ให้เครดิตแก่พัฒนา)

Exit – Exit Program (ออกจากโปรแกรม)

ตั้งค่ายูทีเอ็ม (UTM Settings)

ทีเมนูหลักกดคีย์ F1 – Sett จะเห็นหน้าตาจอภาพเครื่องคิดเลขดังนี้

เนื่องจากโปรแกรมบนเครื่องคิดเลขมีข้อจำกัดมากๆ ผมไม่สามารถใส่ระบบพิกัดได้มากเหมือน Surveyor Pocket Tools จึงจำกัดแค่ datum “WGS84” เท่านั้น สำหรับประเทศไทยก็เลือกโซนได้สองโซนคือ 47 และ 48 ตัวอย่างที่จะแสดงต่อไปเลือกเป็นโซน 47 ส่วนซีกโลก (Hemisphere) เลือกเป็น “North” กดคีย์ F6 – OK

คำนวณ Point Scale Factor

ตัวอย่างที่คำนวณต่อไปจะยกมาจากตัวอย่างที่แสดงในบล็อกของ Surveyor Pocket Tools เพื่อเปรียบ

เทียบผลลัพธ์กันได้ กลับมาที่เมนูหลักกดคีย์ F1-Sett ป้อนค่าพิกัด N=1499662.173, E=683068.285, H=0.791

เสร็จแล้วกดคีย์ F1 – Calc เพื่อคำนวณสเกลแฟคเตอร์ของจุดนี้

ผลลัพธ์จะแสดงออกมาดังรูปด้านล่าง โปรแกรมจะแสดงค่าพิกัดและค่าระดับมาให้ จากนั้นแสดงค่าละติจูดและลองจิจูด แสดงความสูงเทียบกับทรงรี = -29.598 m กดคีย์ F2-PgDn เพื่อเลื่อนไปดูหน้าต่อไป

จะเห็นค่า Geoid Separation หรือ Geoid Height = -30.389 m และได้ค่า Elevation Scale Factor = 1.00000465, Grid Scale Factor = 1.00001458 สุดท้ายค่า Combine Scale Factor = 1.00001924 ลองเทียบกับค่าที่คำนวณด้วย Surveyor Pocket Tools ดังนี้

ค่า Combined Scale Factor = 1.0000192644 ต่างกันที่ทศนิยมแปด ผมถือว่าใช้ได้เพราะเราใช้แค่ทศนิยมที่หกก็เพียงพอแล้ว ความต่างที่แตกต่างจากที่ผมเคยบอกไปแล้วคือมาจากค่า Ellipsoid height ที่คำนวณจากโปรแกรมเครื่องคิดเลขได้ -29.598 เมตร ส่วนค่าความสูงทรงรีที่ได้จาก Surveyor Pocket Tools ได้ค่า -29.776 เมตร ต่างกันประมาณ 20 ซม.

คำนวณหาค่า Line Scale Factor

จะแสดงไดอะแกรมของการคำนวณค่าสเกลแฟคเตอร์เฉลี่ยดังรูปด้านล่าง

ที่โปรแกรมเครื่องคิดเลขกลับมาที่เมนูหลัก

กดคีย์ F3-LSF จะเห็นหน้าตาโปรแกรมดังรูปด้านล่าง ป้อนค่าพิกัดจุดที่ 1 และกดคีย์ F2-Next เพื่อไปป้อนจุดที่ 2

พร้อมแล้วกดคีย์ F1-Calc ต่อไปจะได้ผลลัพธ์ดังนี้ เลื่อนลงไปดูหน้าต่อไปก็กดคีย์ F2-PgDn

สรุปแล้วจะได้ค่าเฉลี่ย Combined Scale Factor = 1.00082320

เปรียบเทียบกับค่าที่ได้จาก Surveyor Pocket Tools เท่ากับ 1.0008232302 เช่นเคยค่าต่างกันที่ทศนิยมแปด สามารถนำไปใช้งานได้

จัดเก็บข้อมูลและเรียกมาใช้ภายหลัง

จากนั้นนำ SDCard มาเสียบบนเครื่องคิดเลขอีกครั้ง เมื่อนำไปใช้งานได้สักพักถ้าเอามาเปิดอีกครั้งจะเห็นไฟล์หลายๆไฟล์ มีนามสกุลเป็น “CFG” หมายถึง config ตัวอย่างถ้าใช้โปรแกรมคำนวณหาสเกลแฟคเตอร์นี้ไฟล์ที่จัดเก็บข้อมุลคือ “SFACTOR.CFG”

เครดิตไลบรารี

ที่เมนูหลักกดคีย์ F5-Info จะเห็นเครดิตดังรูปด้านล่าง

โปรแกรมนี้มีขนาดใหญ่กว่าโปรแกรมอื่นๆก่อนเกือบสองเท่าเพราะว่าใช้ไลบรารีอื่นๆสามไลบรารีด้วยกัน ก็ติดตามชุดโปรแกรมเครื่องคิดเลข Casio fx-9860 G กันต่อไปครับ

ติดปีกเครื่องคิดเลขเทพ Casio fx 9860G II SD ด้วยโปรแกรมภาษาซีบน AddIn ตอนที่ 7 โปรแกรมคำนวณโค้งราบ (Horizontal Curve)

โปรแกรมคำนวณโค้งราบ HCurve สำหรับเครื่องคิดเลข Casio fx-9860 G

ช่วงนี้อยู่ในชุดซีรี่ย์โปรแกรมเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G ที่ใช้ไลบรารี MyLib ต่อไปขอนำเสนอโปรแกรมคำนวณโค้งราบ (Simple Horizontal Curve) ตัวโปรแกรมพัฒนาด้วยภาษาซี ใช้เป็นโปรแกรม AddIn ดังรูปด้านล่าง

โปรแกรม HCurve คำนวณโค้งราบ (Simple Horizontal Curve)

องค์ประกอบของโค้งราบ (Elements of Horizontal Curve)

องค์ประกอบของโค้งราบ (Elements of Curve)

คำนิยาม (Abbrivations)

R – Radius คือรัศมีของโค้งราบ รัศมีจะตั้งฉากกับเส้นสัมผัสวงกลมเสมอ

PC – Point of Curvature คือจุดเริ่มต้นโค้ง บางครั้งเรียกว่า BC (beginning of curve) หรือ TC (tangent to curve)

PI – Point of Intersection คือจุดตัดของ tangent 2 เส้น

PT – Point of Tangency คือจุดสิ้นสุดโค้ง บางครั้งเรียกว่า EC (end of curve) หรือ CT (curve to tangent)

POC – Point of Curve คือจุดบนโค้งในตำแหน่งใดก็ตาม

L – Length of Curve คือความยาวโค้งวัดตามโค้งจากจุด PC ไปจุด PT

T – Tangent Distance หรือ Tangent Length คือเส้นตรงที่สัมผัสโค้งวัดจากจุด PC ไปจุด PI หรือวัดจาก จุด PI ไปจุด PT

คุณสมบัติของโปรแกรม

โค้งราบ (Simple Horizontal Curve) ในงานสำรวจใช้ในงานสำรวจเพื่อการก่อสร้าง (Construction Survey) โดยที่ให้ตำแหน่ง (Setting out) งานก่อสร้างถนน ทางรถไฟ ผู้ใข้ป้อนข้อมูลองค์ประกอบของโค้งราบที่โปรแกรมต้องการจนครบ โปรแกรมสามารถคำนวณองค์ประกอบโค้งที่เหลือและสามารถคำนวณค่าพิกัดบนเส้น Center line หรือกระทั่งสามารถ offset ไปด้านซ้ายหรือด้านขวาก็ได้เช่นเดียวกัน สามารถคำนวณค่าพิกัดแบบทุกช่วงระยะ (interval) ให้ค่าพิกัดออกมาเป็นบัญชีรายการได้ โปรแกรมนี้ออกแบบและพัฒนามาเพื่อช่วยช่างสำรวจให้สามารถนำโปรแกรมไปตรวจสอบข้อมูลโค้งราบได้ด้วยตัวเอง

ในปัจจุบันการวางโค้งในสนาม ไม่ได้ถูกจำกัดเช่นสมัยแต่ก่อนเนื่องจากเครื่องมือเช่นอุปกรณ์กล้องสำรวจ Total Station ทันสมัยสามารถให้ตำแหน่งจากค่าพิกัดได้เลย ไม่เหมือนสมัยแต่ก่อนที่มีแต่กล้อง Theodolite และเทปวัดระยะ ที่การวางโค้งต้องอาศัยการตั้งกล้องที่จุด PC หรือ PI หรือแม้กระทั่ง PT แล้วทำการเปิดมุมและดึงเทปไปตามคอร์ด ปัจจุบันไม่ต้องทำอย่างนั้นแล้ว สามารถตั้งกล้องที่ไหนก็ได้ที่สะดวก

ก็เนื่องจากความทันสมัยของกล้อง Total Station นี้เอง ในอนาคตไม่ไกลการโอนข้อมูลจากกล้องไปที่ออฟฟิศหรือจากออฟฟิศไปที่กล้องจะเป็นเรื่องธรรมดามากผ่านทางออนไลน์ ซึ่งเรื่องนี้ข้อดีก็มีมากมาย แต่ข้อเสียที่เกิดขึ้นคือช่างสำรวจจะมีเวลาใช้สมองคิดเรื่อง geometry น้อยลงเพราะโปรแกรมบนกล้องทำให้หมด ทำให้ขาดการฝึกฝนทักษะในด้านนี้ ซึ่งผมคิดว่าอาจจะทำให้คุณภาพของบุคลากรด้านสำรวจของเราด้อยลงในอนาคต ดังนั้นการใช้เครื่องคิดเลขมาช่วยอาจจะช่วยฝึกฝนทักษะได้บ้างในจุดนี้

ดาวน์โหลดโปรแกรม (Download)

ไปที่หน้าดาวน์โหลด มองหาโปรแกรมคำนวณโค้งราบ HCurve จะได้ไฟล์ชื่อ “HCURVEEX.G1A” เมื่อดาวน์โหลดมาแล้วโอนเข้าเครื่องคิดเลขผ่านทางโปรแกรม FA-124 หรือ SD Card

ใช้งานฟรี (Freely Usable)

ก็ยังเหมือนเดิมไม่ว่าจะโปรแกรมบนเครื่องคอมพิวเตอร์หรือบนเครื่องคิดเลข คือให้ใช้งานได้ฟรี

เริ่มต้นใช้งาน

ที่เครื่องคิดเลขกดคีย์ “Menu” เพื่อเข้าสู่หน้า AddIn หรือ Main Menu ของเครื่องคิดเลข เลื่อนลูกศรลงไปด้านล่างๆจะเห็นไอคอนของโปรแกรมดังรูปด้านล่าง กดคีย์ “EXE” เพื่อเข้าสู่โปรแกรม

จะเห็นหน้าเมนูหลักของโปรแกรมดังนี้

ก็เหมือนโปรแกรมคำนวณโค้งดิ่ง (VCurve) ที่ผ่านมาคือมีเมนูย่อยเรียงจากซ้ายไปขวา สัมพันธ์กับการกดคีย์ F1-F6 เรียงกันไป

เมนูหลัก (Main Menu)

F1 (Know) – Known สำหรับป้อนจุดที่ทราบค่า station และค่าพิกัด

F2 (Angl) – Angle สำหรับป้อนที่เกี่ยวกับมุมเช่น back tangent azimuth และมุมเบี่ยงเบน (Deflection Angle) ตลอดจนถึงทิศทางของโค้ง (Curve Direction)

F3 (Elem) – Elements สำหรับป้อนองค์ประกอบของโค้งเช่นรัศมีหรือความยาวโค้าง

F4 (Info) – Information สำหรับคำนวณหาข้อมูลพื้นฐานของโค้งทั้งหมด

F5 (Calc) – Calculate สำหรับคำนวณหาค่าพิกัดโค้งได้หลายรูปแบบเช่นกำหนดสถานี ระยะ offset ตลอดจนคำนวณจากช่วงระยะทาง (interval) ที่กำหนดให้

F6 (Exit) – Exit ออกจากโปรแกรม

ตัวอย่างการคำนวณโค้งราบ (Example)

มาดูวิธีการใช้งานจากตัวอย่างจะเข้าใจง่ายที่สุด

เลือกและป้อนสถานีที่ทราบและค่าพิกัด (Known Station and Know Coordinates)

ที่เมนูหลักกดคีย์ F1 (Know) แก้ไขค่าตามโจทย์ตัวอย่างที่ 1 ดังนี้

ในที่นี้สถานีและค่าพิกัดกำหนดที่จุด PI ทั้งคู่ เมื่อป้อนค่าเสร็จแล้วกดคีย์ F6 (OK) เพื่อออก

เลือกป้อนมุมอะซิมัทและมุมเบี่ยงเบน(Known Tangent and Deflection Angle)

ที่เมนูหลักกดคีย์ F2 (Angl) เพื่อเลือกอะซิมัทของเส้นสัมผัสที่ทราบค่าและมุมเบี่ยงเบน ตลอดจนป้อนทิศทางของโค้งราบว่าเลี้ยวซ้ายหรือเลี้ยวขวา จากตัวอย่างเลือกและป้อนค่าดังนี้

เสร็จแล้วกดคีย์ F6 (OK) เพื่อจัดเก็บค่าและออก

ป้อนองค์ประกอบโค้งราบ (Elements of Curve)

ที่เมนูหลักกดคีย์ F3 (Elem) เลือกว่าจะป้อนค่ารัศมีโค้ง (Radius) หรือว่าความยาวโค้ง (Length of Curve) ในที่นี้เลือกรัศมีโค้งและป้อนค่า 201.950 เมตร

คำนวณหาข้อมูลพื้นฐานโค้งราบ (Curve Information)

ที่เมนูหลักกดคีย์ F4 (Info)

แสดงองค์ประกอบของโค้งและข้อมูลพื้นฐาน ค่าพิกัดของจุด PC, PI และ PT ตลอดจนจุดศูนย์กลางของโค้ง เนื่องจากจอภาพมีขนาดเล็กดังนั้นใช้การกดคีย์ F1 (PgUp) หรือ F2 (PaDn) เพื่อเลื่อนดูหน้าก่อนหน้านี้หรือหน้าถัดไป กดคีย์ F6 (Done) เพื่อออก

การคำนวณโค้งราบ (Horizontal Curve Calculation)

ที่เมนูหลักกดคีย์ F5 (Calc)จะเห็นเมนูย่อยอีกเมนูคือเมนูสำหรับคำนวณโค้งราบ

จะมีเมนูดังนี้

F1 (Sta) – Station คำนวณหาค่าพิกัดเมื่อกำหนดสถานี

F2 (INT) – Interval คำนวณหาค่าพิกัดสถานีเมื่อกำหนดช่วงระยะทาง (Interval) ให้

F4 (Info) – Information คำนวณข้อมูลพื้นฐานโค้งราบ โดยที่ผลลัพธ์เหมือนกับเมนู Info บนเมนูหลัก

F5 (Plot) – Plot Curve วาดรูปร่างโค้งราบ

F6 (Done) ออกจากเมนูคำนวณโค้งราบ

คำนวณหาค่าพิกัดเมื่อกำหนดสถานี (Calculate Coordinates of Station)

ที่เมนูคำนวณโค้งราบกดคีย์ F1 (Sta) จะมีไดอะล็อกให้ป้อนสถานี ตัวอย่างนี้ต้องการทราบค่าพิกัดของสถานี 17+200 โดยที่ offset ไปด้านซ้าย 8 เมตร ป้อนข้อมูลดังรูป ถ้าไม่ต้องการคำนวณหรือเก็บข้อมูลที่ป้อนก็กดคีย์ F5 (Canc) เพื่อ Cancel ออกไป หรือต้องการเก็บค่าแต่ไม่คำนวณก็กดคีย์ F6 (OK) ออกไป ถ้าต้องการคำนวณก็กดคีย์ F1 (Calc) จะได้ผลลัพธ์ดังรูปถัดไป กดคีย์ “EXE” เพื่อออก

คำนวณหาค่าพิกัดสถานีแบบกำหนดช่วงระยะทาง (Interval Calculation)

ที่เมนูคำนวณโค้งกดคีย์ F2 (INT) ในที่นี้ต้องการคำนวณทุกๆระยะ 25 เมตร โดยคำนวณในแนว Center Line (ไม่มีการ offset ไปซ้ายหรือขวา) กดคีย์ F1 (Calc) เพื่อคำนวณ

จะได้ผลลัพธ์ เริ่มตั้งแต่ PC (17+151.314), Sta 17+175, Sta 17+200, Sta 17+225, Sta 17+250, Sta 7+275, Sta 17+300 และสุดท้ายที่ PT (17+313.794) กด F1 (PgUp) เพื่อเลื่อนไปหน้าก่อนหน้านี้ และกด F2 (PgDn) เพื่อไปดูหน้าถัดไป กด F6 (Done)

วาดรูปโค้งราบ (Plot Curve)

จากเมนูคำนวณโค้งราบ กดคีย์ F5 (Plot) จะมีเมนูย่อยลงไปอีกสำหรับย่อ F1 (Z-) ขยาย F2 (Z+) ดึงรูปไปด้านซ้าย F3 (Lt) ดึงรูปไปด้านขวา F4 (Rt) กดคีย์ F5 (>) เพื่อไปเมนูย่อยอีกเมนูด้านขวา เมนูด้านขวาจะมีดึงรูปลง F1 (Dn) หรือดึงรูปขึ้น F2 (Up) กดคีย์ F6 (Exit) เพื่อออกจากเมนู

ก็อย่างว่าเครื่องคิดเลขรุ่นนี้เป็นจุดภาพ (pixel) บนจอภาพ ไม่ใช่จอภาพแบบโทรศัพท์มือถือในปัจจุบันที่มีความละเอียดสูง ข้อเสียคือแสดงภาพความละเอียดสูงไม่ได้ แต่ข้อดีไม่เปลืองแบตเตอรี สังเกตว่าแค่ถ่าน AAA สามก้อนใช้กันจนลืมครับ ดังนั้นก็ดูรูปโค้งพอให้เกิดจินตนาการว่าโค้งวางตัวในลักษณะไหน เวลาไปอยู่หน้างานจะได้วางภาพในใจได้

จัดเก็บข้อมูลและเรียกมาใช้ภายหลัง

จากนั้นนำ SDCard มาเสียบบนเครื่องคิดเลขอีกครั้ง เมื่อนำไปใช้งานได้สักพักถ้าเอามาเปิดอีกครั้งจะเห็นไฟล์หลายๆไฟล์ มีนามสกุลเป็น “CFG” หมายถึง config ตัวอย่างถ้าใช้โปรแกรมคำนวณโค้งราบนี้ไฟล์ที่จัดเก็บข้อมุลคือ “HCVEX.CFG”

ติดปีกเครื่องคิดเลขเทพ Casio fx 9860G II SD ด้วยโปรแกรมภาษาซีบน AddIn ตอนที่ 6 โปรแกรมคำนวณโค้งดิ่ง (Vertical Curve)

ประเภทลักษณะของโค้ง (Type of Curve)

โค้งในงานถนน งานรถไฟมีสองแบบคือโค้งราบ (Horizontal Curve) และโค้งดิ่ง (Vertical Curve) โค้งราบเป็นตัวกำหนดรูปรางและทิศทางของถนนในแนวราบ ส่วนโค้งดิ่งเป็นโค้งที่รองรับลักษณะภูมิประเทศขึ้นๆลงๆ การออกแบบโค้งสำหรับงานวิศวกรรมงานถนนนั้นเพื่อให้มีความปลอดภัยต่อยวดยานผู้ขับขี่ตลอดทั้งผู้โดยสาร

ประเภทโค้งดิ่ง (Type of Vertical Curve)

โค้งดิ่งจะแบ่งเป็นเส้นโค้งพาราโบลา (Parabola Vertical Curve) ลักษณะนี้จะเป็นโค้งที่นิยมกันมากที่สุดในโลกนี้แทบจะว่า 99% ก็ได้เพราะเวลารถยนต์หรือรถไฟเข้าโค้งนี้จะมีความนุ่มนวลมากที่สุด และเส้นโค้งประเภทต่อไปคือเส้นโค้งวงกลม (Circular Vertical Curve) ตามที่ได้ยินมาคือโค้งวงกลมนี้จะมีความสบายและความนุ่มนวลน้อยกว่าเส้นโค้งพาราโบลา จึงมีความนิยมน้อยกว่า ผมค้นหาในเว็บโดยใช้เสิร์ชเอนจิ้นปรากฎว่าเจอแค่เว็บเดียวที่เป็นเอกสาร PDF อธิบายสูตร คิดดูแล้วกันครับว่ามันใช้กันน้อยขนาดไหน ถึงแม้จะใช้กันน้อยมากแต่ผมก็มีโอกาสได้ใช้โค้งดิ่งแบบวงกลมนี้ในโครงการรถไฟฟ้าที่บังคลาเทศ แต่แปลกแต่จริงสำหรับรถไฟความเร็วสูงกลับนิยมใช้โค้งดิ่งแบบวงกลมมากกว่าพาราโบลา ซึ่งใช้รัศมีที่ใหญ่มากประมาณ10 กม.ขึ้นไป

ลักษณะของโค้งดิ่งจะมี 2 ลักษณะคือ โค้งหงาย (Sag Curve) และโค้งคว่ำ (Crest Curve)

โค้งทางดิ่ง (vertical Curve) แบบโค้งคว่ำ (Crest Curve) เครดิตภาพ wikibooks.org

ออกแบบโปรแกรมใหม่ (New Design)

ถ้าลองใช้โปรแกรมเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G ที่ผมปล่อยฟรีมาก่อนหน้านี้ ระบบการติดต่อผู้ใช้จะเป็นลักษณะจากบนลงล่างคือเปิดโปรแกรมมาแล้ว โปรแกรมจะถามค่าตัวแปร เมื่อผู้ใช้ป่อนค่าลงไปจนครบ ต่อไปจะเป็นการนำค่าตัวแปรเหล่านี้มาคำนวณและแสดงผลให้ทราบ วิธีการดีตรงที่ตรงไปตรงมา ผู้ใช้จะถูกบังคับให้ป้อนค่าตามที่โปรแกรมต้องการจนครบ แต่ข้อเสียเมื่อต้องการคำนวณอีกครั้งในกรณีป้อนค่าผิดต้องการป้อนใหม่ จะต้องเรียกโปรแกรมมาอีกครั้งตั้งแต่ต้น ทำให้เสียเวลามากเกินไป จนในที่สุดก็ต้องหาตัวช่วยมาช่วยและก็ได้พบกับไลบรารี MyLib

ไลบรารี MyLib

ผมมีโอกาสได้เห็นโปรแกรมเครื่องคิดเลข HP 50g จากเว็บไซต์ที่ทางฝั่งผู้พัฒนาจากแคนาดาชื่อ Simple Geospatial Solution โปรแกรมนี้ไม่ฟรีต้องเสียเงินซื้อ ผมลองดูรูปแบบแล้วน่าสนใจ เลยกลายเป็นแรงบันดาลใจ หน้าตาประมาณรูปด้านล่าง

หันมามองฝั่งเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G ผมได้เจอคนเขียนไลบรารีเล็กๆชื่อ MyLib จากผู้ใช้นามว่า hayzel ปล่อยซอร์สโค้ดภาษาซีออกมาด้วย ไลบรารีนี้สามารถนำมาเขียนเมนูเพื่อติดต่อกับผู้ใช้งาน และสามารถสร้างไดอะล็อกเพิ่อป้อนข้อมูลได้ และมีโค้ดสำหรับช่วยในการวาดรูปอีกนิดหน่อย ผมดูโค้ดแล้ว ถ้าให้ผมเขียนเองคงทำไม่ได้แน่ แต่ถ้าจะแกะเอามาใฃ้ก็เป็นงานถนัดไม่เหลือบ่ากว่าแรง ก็ต้องยกเครดิตและขอขอบคุณผู้เขียนไลบรารีนี้ ไม่มีไลบรารีนี้ก็ไม่มีโปรแกรมนี้

รูปแบบการติดต่อผู้ใช้ (User Interface)

รูปแบบการติดต่อผู้ใช้ ผมเขียนโปรแกรมโดยที่ออกแบบเมนูเล็กๆเรียงจากซ้ายไปขวาวางด้านล่างหน้าจอ วิธีการนี้ผู้ใช้จะแก้ไขข้อมูลตรงไหนก็สามารถเลือกเมนูเข้าไปแก้ไขได้ การเลือกเมนูในเครื่องคิดเลขก็สามารถทำได้ง่ายด้วยการกดคีย์ F1-F6 เรียงกันไป

ไลบราาี MyLib บนเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G

ใช้งานได้ฟรี (Free to use)

ก็ยังเหมือนเดิมคือให้ใช้งานได้ฟรีไม่มีค่าใช้จ่ายและเพื่อช่วยเหลือวงการสำรวจบ้านเราเล็กๆน้อยๆตามกำลังที่ผมมีอยู่ โปรแกรมขนาดนี้ประมาณ 800-1000 บรรทัดดูมากสำหรับเครื่องคิดเลข แต่ถ้าเทียบกับโปรแกรมบนเครื่องคอมพิวเตอร์ถือว่าเล็กจิ๊บๆมาก

คำนิยาม (Abbreviations)

สำหรับโค้งดิ่งจะมีคำนิยามคำย่อ ที่บางตำราอาจจะเรียกแตกต่างกัน

BVC – Begin of Vertical Curve – จุดเริ่มโค้ง(บางทีเรียก PVC – Point of Vertical Curve)
PVI – Point of Vertical Intersection – จุดตัดแนวดิ่ง
EVC – End of Vertical Curve – จุดสุดโค้ง(บางทีเรียกว่า PVT – Point of Vertical Tangent)
L – Length of Curve – ความยาวโค้ง
R – Radius – รัศมีโค้ง ใช้ในโค้งดิ่งแบบวงกลม(Circular Vertical Curve) เท่านั้น
g1 – Grades of Tangents (%) – ความชันด้านสัมผัสที่ผ่านจุด BVC/PVC
g2 – Grades of Tangents (%) – ความชันด้านสัมผัสที่ผานจุด EVC/PVT

ดาวน์โหลดโปรแกรม (Download)

ไปที่หน้าดาวน์โหลด มองหาโปรแกรม VCurve สำหรับเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G แล้วทำการดาวน์โหลดจะได้ไฟล์ VCURVEEx.G1A ทำการติดตั้งลงเครื่องคิดเลขด้วยโปรแกรม FA-124 หรือ copy ผ่าน SD Card ก็ได้

วิธีการใช้งานโปรแกรม (How to Use)

ที่เครื่องคิดเลขกดคีย์ “Menu” จะเห็นโปรแกรม AddIn ขึ้นมาใช้คีย์ลูกศรกดไปจนพบกับไอคอนโปรแกรมดังรูป กดคีย์ “EXE” เพื่อรันโปรแกรม

เมนูหลัก (Main Menu)

จะเห็นเมนูโปรแกรมเรียงรายจากซ้ายมาขวาอยู่ที่ด้านลางของจอภาพ แต่ละเมนูจะสัมพันธ์กับคีย์ F1 ,F2, F3, F4, F5 และ F6

Type – Curve Type – เลือกประเภทโค้งดิ่ง (F1)

Know – Known Station – เลือก Station ที่กำหนดค่าระดับ (F2)

Elem – Elements of Curve – ป้อนค่าส่วนประกอบของโค้ง (F3)

Info – Curve Information – แสดงข้อมูลโค้ง (F4)

Calc – Calculate – คำนวณโค้งเพื่อหาสถานี ค่าระดับ (F5)

Exit – Exit Program – ออกจากโปรแกรม (F6)

ตัวอย่างที่ 1 โค้งดิ่งแบบพาราโบลา (Example 1 – Parabola Curve)

ลักษณะเป็นโค้งหงาย (Sag Curve) ความยาวโค้ง 200 เมตร ต้องเตือนใจกันลืมนิดหนึ่งความยาวโค้งดิ่งที่ระบุมานั้นเป็นความยาวในแนวราบ (ไม่ใช่ระยะทางวัดไปตามความยาวโค้ง)

เลือกประเภทโค้งดิ่ง

จากเมนูหลักเลือกกดคีย์ F1 (Type) จะเป็นการเลือกประเภทของโค้ง จะเห็น Dropdown List

กดคีย์ “EXE” เพื่อเลือก จะเห็นมีสองทางเลือกคือลักษณะเป็นโค้งดิ่งแบบวงกลม (Circular) กับโค้งดิ่งแบบพาราโบลา สามารถใช้คีย์ลูกศรเลื่อนขึ้นลงเพื่อเลือกได้ ในที่นี้เราเลือก “Parabola” ด้วยการกดคีย์ “EXE” เมื่อเสร็จแล้วกดคีย์ F6 (OK) เพื่อยืนยัน ถ้าต้องยกเลิกก็กดคีย์ F5(Canc)

เลือกสถานีที่ทราบค่าระดับ (Known Station)

กลับมาเมนูหลักกดคีย์ F2 (Know) จะเห็นจอภาพเครื่องคิดเลขดังรูปด้านล่าง

ตรง “Known” สามารถเลือกได้ว่าต้องการกำหนดค่าระดับที่สถานีไหน จะมีให้เลือก 3 อย่างคือ BVC/PVI/EVC เลื่อนคีย์ลูกศรขึ้นลงแล้วกดคีย์ “EXE” ตามตัวอย่างนี้เลือก “PVI”

จากนั้นเลื่อนค่าลงไปที่ Station กดคีย์ “EXE” โปรแกรมจะแสดงไดอะล็อกให้ป้อนค่าสถานีลงไปตามตัวอย่างนี้ป้อน Station : 1000 ดังรูปด้านล่าง

และเลื่อนลูกศรไปป้อนค่า Elevation = 50 เมตรเข้าไป เสร็จแล้วกดคีย์ F6 (OK) เพื่อยืนยัน

ป้อนข้อมูลองค์ประกอบของโค้งดิ่ง (Elements of Vertical Curve)

ที่เมนูหลักกดคีย์ F3 (Elem)

องค์ประกอบของโค้งจะประกอบไปด้วยความยาวโค้ง (L – Length of Curve), ความชันของเส้นสัมผัสด้านเข้าโค้ง (g1 – Entry Grade) และความชันของเส้นสัมผัสด้านออกโค้ง (g2 – Exit Grade) ป้อนข้อมูลตามรูปด้านบนโดยที่ L = 200 m, g1 = -2 % และ g2 = 3%

คำนวณโค้งหาข้อมูลพื้นฐาน (Curve Information)

ที่เมนูหลักกดคีย์ F4 (Info) โปรแกรมจะคำนวณข้อมูลพื้นฐานของโค้งมาให้ และแสดง station/elevation ของจุดต่ำสุดและสูงสุดของโค้งมาให้ด้วย

คำนวณโค้งหาระยะทางและค่าระดับ

ที่เมนูหลักกดคีย์ F5 (Calc) จะเห็นเมนูคำนวณโค้งดิ่ง

Elev? – Elevation? – คำนวณหาค่าระดับเมื่อทราบระยะทางหรือสถานี

Sta? – Station? – คำนวณหาระยะทางหรือสถานีเมื่อทราบค่าระดับ

INT – Interval – คำนวณหาระยะทางหรือสถานีและค่าระดับเมื่อกำหนดช่วงระยะทางให้

Info – Curve Information – คำนวณหาข้อมูลพื้นฐานโค้งดิ่ง

Plot – Plot Curve – วาดรูปโค้งดิ่ง

Done – ออกจากเมนูคำนวณโค้ง

คำนวณหาค่าระดับ (Calculate Elevation)

ในกรณีทราบระยะทางหรือสถานีต้องการหาค่าระดับเช่นในภาคสนามต้องการ stake out สามารถคำนวณได้ ที่เมนูคำนวณโค้งดิ่ง กดคีย์ F1 (Elev?) ป้อนค่า 920 (0+920) ลงไป การป้อนสถานี้ให้ป้อนเป็นหน่วยเมตรไปก่อน รุ่นหน้าจะสามารถป้อนในลักษณะ 0+920 ได้ เมื่อป้อนเสร็จแล้วกดคีย์ F6 (OK) เพื่อยืนยัน

กดคีย์ F1 (Calc) เพื่อทำการคำนวณ จะได้ค่าระดับ 51.650 เมตร ดังรูปด้านล่าง

คำนวณหาสถานี (Calculate Station)

ในกรณีทราบค่าระดับต้องการคำนวณหาระยะทางหรือสถานี ที่เมนูคำนวณโค้งกดคีย์ F2 (Sta?)

ป้อนค่า 51.5 เมตร กดคีย์ F1 (Calc) จะได้คำตอบเป็นสถานี 2 สถานีเพราะว่าเป็นโค้งหงายที่ค่าระดับเดียวกันคือ 51.5 เมตรถ้าลากเส้นตรงจะตัดผ่าน 2 สถานีคือสถานี 931.010 (0+931.010) และสถานี 1028.990 (1+028.990)

กำหนดช่วงห่างระยะทางคำนวณหาสถานีและค่าระดับ (Interval Calculation)

เมื่อกำหนดช่วงห่างระยะทาง (Interval) ต้องการหาระยะทาง(สถานี)และค่าระดับ ที่เมนูคำนวณโค้งดิ่งกดคีย์ F3 (INT) ตัวอย่างต้องการทราบระยะทางและค่าระดับทุกๆ 10 เมตร ป้อน 10.0 ดังรูป

กดคีย์ F1 (Calc) เพื่อทำการคำนวณจะได้ผลลัพธ์ออกมา ผลลัพธ์อาจจะมีหลายหน้าถ้าช่วงห่างระยะทางมีค่าน้อยๆ

กดคีย์ F2 (PgDn – Page Down) เพื่อดูหน้าถัดไป

ต้องการดูหน้าก่อนหน้านี้ก็กดคีย์ F1 (PgUp – Page Up) หรือกด F6 (Done) เพื่อออก

แสดงรูปรางของโค้งดิ่ง (Plot Curve)

การป้อนค่าและคำนวณโค้งดิ่งอาจจะไม่เห็นภาพว่าโค้งในลักษณะแบบไหน ผมจึงวาดแสดงให้ดูพอได้เกิดจินตนาการ เพราะว่าไลบรารีที่ใช้ในโปรแกรมเพื่อช่วยการวาดจำกัดจำเขี่ยเหลือเกิน ตัวอย่างเช่นไม่สามารถแสดงตัวอักษรแบบในอื่นได้นอกจากแนวราบ

ที่เมนูโค้งดิ่งกดคีย์ F5 (Plot) จะเห็นรูปร่างของโค้งดิ่งแสดงให้เห็นพอหอมปากหอมคอ (หมายเหตุ สเกลแนวราบแนวดิ่งอาจจะไม่เท่ากัน)

กดคีย์ F6 (Done) เพื่อออก

ตัวอย่างที่ 2 โค้งดิ่งแบบวงกลม (Example 2 – Circular Vertical Curve)

ก็จะขอไปแบบรวบรัดรูปเยอะๆ ภาพเครื่องคิดเลขอาจจะดูแปลกตานิดเพราะผมจับภาพจากเครื่องมือเขียนโปรแกรมบนเครื่องคอมพิวเตอร์

เลือกลักษณะของโค้งดิ่ง

กด F6 (OK) ออกไปหน้าเมนูหลัก

เลือกสถานีที่ทราบค่าระดับ (Known Station)

กดคีย์ F6 (OK) เพื่อออกกลับมาเมนูหลัก

ป้อนข้อมูลองค์ประกอบของโค้งดิ่ง (Elements of Vertical Curve)

ที่ Known: เลือก “Radius” ป้อนค่ารัศมีโค้งและค่าความชัน

กดคีย์ F6 (OK) เพื่อออกเข้าเมนูหลัก

คำนวณโค้งหาข้อมูลพื้นฐาน (Curve Information)

กดคีย์ F6 (Done) เพื่อออกเข้าเมนูหลัก

กำหนดช่วงห่างระยะทางคำนวณหาสถานีและค่าระดับ (Interval Calculation)

เข้ามาเมนูคำนวณโค้งดิ่ง

กำหนดช่วงห่างระยะทางคำนวณหาสถานีและค่าระดับ (Interval Calculation)

ป้อนค่า interval 5.0 เมตร เพื่อต้องการหาค่าสถานีและค่าระดับทุกๆ 5 เมตร

กดคีย์ F1 (PgUp) เพื่อเลื่อนขึ้นไปหนึ่งหน้าหรือกดคีย์ F2 (PgDn) เพื่อเลื่อนไปหน้าถัดไป หรือกดคีย์ F6 (Done) ออกมาเมนูคำนวณโค้งดิ่ง

แสดงรูปรางของโค้งดิ่ง (Plot Curve)

กดคีย์ F5 (Plot) เพื่อแสดงรูปร่างของโค้งดิ่ง

อยากจะเรียนให้ทราบว่าโปรแกรมที่ปล่อยให้ดาวน์โหลดมาก่อนหน้านี้ ผมจะรื้อมาเขียนใหม่ โดยใช้ไลบรารี MyLib ตัวนี้ เพราะว่าทำให้โปรแกรมใช้งานได้ง่ายขึ้นในแง่ที่สามารถแก้ไขค่าตัวแปรของโค้งและสามารถคำนวณใหม่ได้ตามที่ต้องการ ติดตามกันต่อไปครับ ตอนหน้าจะเป็นโปรแกรม Horizontal Curve ครับ

จัดเก็บข้อมูลและเรียกมาใช้ภายหลัง

ก่อนหน้านี้ผมพยายามจะใช้ตัวแปร A-Z เพื่อจัดเก็บค่าพิกัดหรือข้อมูลที่เราป้อนตอนใช้งาน เมื่อเปิดมาใช้งานใหม่สามารถเรียกกลับมาใช้ต่อได้ แต่ก็ยุ่งยากเพราะสามารถจัดเก็บได้น้อย จากตัวแปรบนเครื่องคิดเลข A-Z ได้แค่ 24 ตัวเท่านั้น ผมจึงอาศัยวิธีการจัดเก็บไฟล์ลงบน SDCard ที่เสียบไว้ที่เครื่องคิดเลขของเรา เมื่อออกจากโปรแกรม และอ่านอีกทีเมื่อเปิดโปรแกรม

ก่อนจะใช้งานได้ต้องมีการเตรียมโฟลเดอร์บน SDCard ดังต่อไปนี้ คือดึง SDCard จากเครื่องคิดเลขมาเสียบบนคอมพิวเตอร์ แล้วทำการสร้างโฟลเดอร์ชื่อ “svdata” ดังรูป

จากนั้นนำ SDCard มาเสียบบนเครื่องคิดเลขอีกครั้ง เมื่อนำไปใช้งานได้สักพักถ้าเอามาเปิดอีกครั้งจะเห็นไฟล์หลายๆไฟล์ มีนามสกุลเป็น “CFG” หมายถึง config ตัวอย่างถ้าใช้โปรแกรมคำนวณโค้งดิ่งนี้ไฟล์ที่จัดเก็บข้อมุลคือ “VCVEX.CFG”

ติดปีกเครื่องคิดเลขเทพ Casio fx 9860G II SD ด้วยโปรแกรมภาษาซีบน AddIn ตอนที่ 5 โปรแกรมคำนวณ Resection ด้วยอัลกอริทึ่มสมัยใหม่

การเล็งสกัดย้อน (Resection) และความเป็นมา

ในที่สุดก็มาถึงตอนที่ 5 ตอนที่ผมใช้เวลามากที่สุดในการ implement อัลกอริทึ่มที่ใช้คำนวณปัญหา Resection จาก 3 จุดที่กำหนด (Three Points Resection Problem) เป็นที่ทราบกันดีว่าการคำนวณ Resection นั้นนักคณิตศาสตร์ได้คิดค้นกันมาหลายร้อยปีแล้ว มีอัลกอริทึ่มรวมๆกันไม่น้อยกว่า 500 อัลกอริทึ่ม แต่บางอัลกอริทึ่มนั้นอายุเก่าแก่มากใช้การคำนวณหาด้วยการวาดลงบนกระดาษ ถ้าจะคัดออกมาจริงๆที่ใช้กันในปัจจุบันมีประมาณ 18 อัลกอริทึ่มหลักๆ และสามารถนำมา implement เป็นโปรแกรมในคอมพิวเตอร์ได้ ก่อนจะไปต่อกันลึกๆมาดูกันว่า Resection คืออะไร

การเล็งสกัดย้อน(Resection) คือการวัดพิกัดจุดตั้งกล้องจากสถานีที่ทราบค่าพิกัด 3 สถานี ตามตัวอย่างได้แก A, B และ C และวัดมุมราบคือมุม α และ β ตามลำดับ

ผมคนรุ่นเก่ายังทันเครื่องมือวัดมุม Sextant ผมทัน Sextant นี้ในช่วงทำงานใหม่ๆ โดยที่ลงเรือไปในทะเลกับพี่ๆช่างสำรวจของกรมเจ้าท่า ตอนนั้นเพิ่งเรียนจบมาใหม่ ยุคนั้น GPS/GNSS ยังไม่เป็นที่รู้จัก การวัดตำแหน่งของเรือสำรวจใช้เครื่องมือ Sextant ที่อาศัยหลักการของ Resection มาประยุกต์ใช้ บนเรือสำรวจจะมีเจ้าหน้าที่ 2 คน คนแรกจะส่องสถานี A และ B เพื่อวัดมุม α และคนที่สองจะส่องสถานี B และ C เพื่อวัดมุม β สองคนนี้ตามหลักการแล้วต้องขี่คอกันแต่จริงๆคงไม่มีใครทำเพียงแต่นั่งใกล้ๆกัน การใช้ Sextant วัดตำแหน่งเรือต้องอาศัยความชำนาญอย่างสูง เพราะเรือไม่อยู่นิ่งกับที่เพราะคลื่มลม จะปะทะให้เคลื่อนไหวตลอดเวลา

เมื่อการวัดมุมเสร็จสิ้นลงทั้งสองคนจะจดค่ามุม ∝ และ ∅ พร้อมๆกัน การใช้ Sextant ควบคู่ไปกับกับใช้เครื่องมือวัดความลึกของท้องน้ำจำพวก Echo sounder งาน post processing ในออฟฟิศได้แต่การนำค่ามุม α และ β มาคำนวณหาค่าพิกัดแตละจุด จากนั้นก็จัดทำแผนที่แสดงความลึกของแม่น้ำหรือทะเลในบริเวณที่ทำการสำรวจ ถึงแม้กระนั้นเครื่องมือ Sextant จะให้ค่าความละเอียดด้านมุมไม่ดีนัก แต่ค่าพิกัดที่ได้สมัยนั้นก็เพียงพอสำหรับงานในทะเลหรือแม่น้ำ

หัวข้อต่อๆไปจะกล่าวถึงที่ไปที่มาของสูตรที่ผมใช้สำหรับเครื่องคิดเลข fx-9860G ถ้าผู้อ่านไม่สนใจก็ข้ามไปที่การใช้โปรแกรมเครื่องคิดเลขด้านท้ายๆเลยครับ

หลักการคำนวณ Resection

อัลกอริทึ่มที่ผมกล่าวไปนั้นตั้งแต่ยุคอดีตกาลนั้นมากกว่า 500 อัลกอริทึ่ม แต่ส่วนใหญ่แล้วอาศัยหลักการคล้ายๆกันคือใช้หลักวงกลมสามวงตัดกันที่จุด P วงแรกจะลากผ่านจุด A-P-B วงที่สองลากผ่านจุด B-C-P วงที่สามลากผ่าน C-P-A ดังรูปด้านล่าง

ภาวะเอกฐาน (Singularity) ที่อัลกอริทึ่มล้มเหลว

ผมขอยืมคำแปล Singularity ที่แปลว่าภาวะเอกฐานจากเรื่องหลุมดำในทฤษฎีฟิสิกส์ควอนตัมหน่อย เพราะมันได้ใจความคือภาวะที่ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ล้มเหลว คือเหมือนกับพลัดตกลงไปในหลุมดำประมาณนั้น

การคำนวณ Resection ที่ใช้วงกลมสามวงมาตัดกันดังรูปด้านบน แต่จะเกิดอะไรขึ้น ถ้าจุดทั้ง 4 จุดนี้อยู่บนวงกลมวงเดียวกัน ก็หมายความว่าวงกลมสามวงนั้นจะซ้อนทับกันทั้งสามวง จนไม่สามารถหาจุดตัดกันได้ ดังนั้น Resection ไม่มีสูตรหรืออัลกอริทึ่มไหนในบรรณพิภพนี้ที่สามารถคำนวณได้บนภาวะเอกฐาน

ภาวะเอกฐานเสมือน (Pseudo Singularity)

ภาวะเอกฐานเสมือนเป็นสภาวะที่จุด P มาอยู่บนเส้นตรงระหว่าง A-B หรือ B-C หรือ A-C ด้านล่างจะเป็นกรณีจุด P อยู่บนเส้นตรงระหว่างจุด B และ C จะทำให้มุม β มีค่ากับ π เรเดียน (หรือเท่ากับ 180 องศา) หรือถ้าขยับจุด P ให้เลยออกจากจุด B แตยังอยู่ในแนวเส้นตรง ในกรณีนี้จะได้ มุม β = 0

ภาวะเอกฐานเสมือนนี้สูตรหลายๆสูตรไม่สามารถหาค่าได้เช่นสูตร Tienstra Method

อัลกอริทึ่มสมัยใหม่ (Modern Algorithm)

เท่าที่ผมทราบในปัจจุบันตัวที่ทำให้เกิดสูตรคณิตศาสตร์ใหม่ๆมาจากวงการ Robot ที่ต้องการให้ค่าพิกัดของหุ่นยนต์ในการเคลื่อนไหวได้แม่นยำ เนื่องจากหุ่นยนต์ทำงานอยู่ในอาคาร จึงทำให้ระบบให้ค่าพิกัด GNSS ไม่สามารถนำมาใช้งานได้ หุ่นยนต์ในที่นี้ไม่ได้หมายถึงหุ่นยนต์ที่ติดตั้งแบบอยู่กับที่ในโรงงานนะครับ แต่เป็นหุ่นยนต์ที่สามารถเคลื่อนไหวได้อิสระ ตัวอย่างง่ายๆได้แก่การแข่งขันหุ่นยนต์ของนักศึกษาในอินดอร์ อดึตกาลสูตรเหล้านี้มาจากนักคณิตศาสคร์ แต่สำหรับสูตรสมัยใหม่เนื่องจากความต้องการใช้งานในวงการหุ่นยนต์ ทำให้คนที่คิดค้นสูตรสมัยใหม่กลายเป็นวิศวกรไฟฟ้าหรือวิศวกรเครื่องกล เท่าที่ผมศึกษางานวิจัยในเบื้องต้นผมสนใจงานของ

1. A New Three Object Triangulation Algorithm for Mobile Robot Positioning โดย Vincent Pierlot and Marc Van Droogenbroeck ทั้งสองท่านจบวิศวกรไฟฟ้า งานวิจัยนี้มีโค้ดภาษา C ด้วย แต่เนื่องจากลิขสิทธิ์ที่ระบุให้ใช้ในวงการศึกษาหรือใช้งานส่วนตัวเท่านั้น ผมจึงไม่สามารถนำโค้ดมาใช้งานได้เพราะยังกำกวม ความจริงงานทั้ง 2 ท่านได้รวบรวมอัลกอริทึ่มรวมทั้งของตัวเองด้วยทั้งหมด 18 อัลกอริทึ่มและ implement มาเป็นโค้ด พร้อมทั้งวัด benchmark ว่าใค้ดใครเร็วที่สุด ก็ตามคาดหมายโค้ดที่ทั้งสองท่านคิดค้นมานั้นเข้าวิน แต่สำหรับผมแล้วความต่างมันหนึ่งในพันส่วนของวินาทีอาจจะจำเป็นสำหรับงานให้ตำแหน่งหุ่นยนต์ที่ต้องมีการคำนวณตำแหน่งแบบ real time แต่สำหรับงานสำรวจในภาคสนามความจำเป็นกลับต่างออกไป
2. New Method That Solves the Three-Point Resection Problem Using Straight Lines Intersection โดย Josep M. Font-Llagunes and Joaquim A. Batlle ผมชอบความคิดของสองท่านนี้ดูจากโพรไฟล์แล้วจบวิศวกรเครื่องกล แต่เนื่องจากเอกสารเข้าใจยากไปนิด ผมกลับใช้เวลาแกะอัลกอริทึมโดยใช้เวลาพอสมควรกว่าจะออกมาเป็นโค้ดได้ โปรแกรมสามารถคำนวณในสภาวะเอกฐานเสมือนได้

หลักการคำนวณโดยย่อ

ผมไม่มีเวลาที่จะศึกษาสูตรในเบื้องลึกให้กระจ่างมากนั้นแต่เน้น implement มาเป็นโค้ดภาษา C ดังนั้นความเข้าใจจึงอยู่ในระดับผิวเผิน ต่อไปผมจะบอกเล่าสิ่งที่ผมเข้าใจแบบจำกัดจำเขี่ย เราจะมาเริ่มต้น สมมติว่าตอนนี้ถ้าทราบค่าพิกัด P แล้วเราสามารถหาค่าอะซิมัทจากสถานี A, B และ C ไปยังจุด P ได้ง่ายๆ ตามรูปด้านล่าง

1.คำนวณหาค่าอะซิมัทโดยประมาณ (Θ)

แต่ในชีวิตจริงค่าพิกัด P เป็นสิ่งที่เรายังไม่ทราบดังนั้นสูตรคำนวณนี้จะมีการหาค่าโดยประมาณก่อน Θ = θ – dθ โดย dθ คือค่าเบี่ยงเบนไปจากค่าจริงจากที่เราประมาณ ถ้าทุกๆเส้นเบี่ยงเบนไป dθ เราสามารถลากเส้นไปตัดกันเป็นรู)สามเหลี่ยมเล็กๆ แต่ถ้า dθ ที่ประมาณการณ์ไว้มีขนาดเบี่ยงเบนไปมาก ก็จะได้ขนาดสามเหลี่ยมนี้ใหญ่ขึ้น สามเหลี่ยมนี้ทางผู้คิดค้นเรียกว่า error triangle จุดตัดแทนที่ด้วย P_AB, P_BC และ P_AC

2.คำนวณหาค่าพิกัดของ Error Triangle

ค่าพิกัดของจุดตัด P นี้สามารถคำนวณได้จากสูตร

โดยที่ mA = cot(Θ), mB = cot(Θ – α) และ mC = cot(Θ – α -β) ไม่ลืมว่า Θ คือค่าอะซิมัทโดยประมาณ

3.คำนวณหาค่าพิกัดของ Centers Triangle

ถ้าจากจุด P ลากเส้นตรงไปหาสถานีที่ทราบค่าพิกัดแล้วแบ่งครึ่งลากเส้นตั้งจาก เราจะได้สามเหลี่ยมอีกชุดหนึ่งเรียกว่า centers triangle และเป็นสามเหลี่ยมคล้ายสามเหลี่ยม error triangle ดังนั้นความสัมพันธ์ด้านมุมและระยะระหว่างสามเหลี่ยมสองรูปนี้สามารถคำนวณได้ ดังนั้นค่าพิกัดของ centers triangle สามารถคำนวณหาค่าพิกัดจุดตัด C_AB, C_BC และ C_AC ได้จากสูตรดังต่อไปนี้

4.คำนวณมุมเบี่ยงเบน

ค่าเบี่ยงเบนเมื่อคำนวณมาได้แล้วสามารถนำไปบวกหรือลบกับค่าอะซิมัทประมาณการในครั้งแรกจะได้ค่าอะซิมัทที่ถูกต้อง

สามารถคำนวณสมการ (9) จากระยะทางแต่ละด้านของ error triangle และ centers triangle เช่นตัวอย่าง |δθ| = arcsin(ระยะทางระหว่างจุด P_AB– P_BC / ระยะทางจุด C_AB– C_BC )

หรือในสมการ (10) สามารถใช้พื้นที่ของสามเหลี่ยมสองรูปนี้ได้

5.คำนวณหาเครื่องหมายมุมเบี่ยงเบน

ก่อนหน้านี้ที่แสดงค่าที่คำนวณได้ในสมการ (9) และ (10) จะเห็นว่าติดเครื่องหมาย absolute ไว้คือยังไม่ได้คิดเครื่องหมาย ส่วนเครื่องหมายมุมเบี่ยงเบนหาได้ดังนี้

ทางผู้พัฒนาแสดงทิศทางของ error triangle เมื่อเทียบ center triangle ตามเครื่องหมายของ error triangle ดังนี้

อาจจะดูยากไปนิดเป็นการคูณไขว้กัน ดูตัวอย่างเพื่อความง่าย

sign = (xP_AC-xP_BC)*(yC_AC-yC_BC) – (xC_AC-xC_BC)*(yP_AC-yP_BC)

ค่าของ sign จะออกมาเป็นบวกหรือเป็นลบ แล้วจะเอาเครื่องหมายนี้ไปใส่ให้สมการในข้อต่อไป

6.คำนวณหาอะซิมัทที่ถูกต้อง

สมการ θ=Θ +sign(dθ)

7.คำนวณหาพิกัดของจุดตัด Resection

ถ้าจุดตัดไม่ตกหลุมดำ ก็สามารถคำนวณหาจุดตัดได้จาก 1 ใน 3 สมการ ของสมการ (1), (2) หรือ (3) เช่นตัวอย่าง

mA = cot(θ)
mB = cot(θ – α)
xP = (mA x xA – mB x xB – yA + yB) / (mA – mB)
yP = mA x (xP – xA) + yA

การคำนวณเมื่อจุดตัดตกภาวะเอกฐานเสมือน

จะมี 3 กรณีคือ

1) ค่า α = 180 หรือ α = 0

2)ค่า β = 180 หรือ β = 0

3)ค่ามุม α+β = 180 หรือ α+β = 0

จากการคำนวณในข้อ 3 จะสังเกตในสูตร (5) จะมีตัวคูณด้วย cot(α) อยู่ ในกรณีนี้จุดตัด P อยู่บนเส้นตรงระหว่างจุด A และ B ดังนั้นมุม α = 180 องศาจะทำให้ cot(α) ไม่สามารถคำนวณได้เพราะค่าเป็นอนันต์ (infinity) ในเคสนี้เราจะไม่คำนวณหาจุด C_AB เพราะหาไม่ได้นั่นเอง แต่จุด C_BC และ C_AC ก็ยังหาได้ปกติ ดังนั้นในกระบวนการสุดท้ายค่าพิกัดของจุด P สามารถคำนวณได้จากการใช้สมการอีก 2 สมการคือสมการ (2) และ (3)

ไม่ใช้สมการ (1) เพราะมีค่า (mA – mB) = 0 ทำให้ห่าค่า xP ไม่ได้

ข้อสังเกต สามารถลากวงกลมได้แค่ 2 วงเท่านั้นคือวงกลม A-P-C และ B-P-C ส่วนอีกวงลากไ่ม่ได้เพราะว่า A-P-B เป็นเส้นตรง

ดาวน์โหลด (Download) โปรแกรมสำหรับเครื่องคิดเลข fx-9860G

ไปที่หน้าดาวน์โหลดมองหาโปรแกรม Resection เมื่อดาวน์โหลดมาแล้วจะได้ไฟล์ “RESCTION.G1A” ใช้โปรแกรม FA-124 ทำการโอนโปรแกรมเข้าเครื่องคิดเลข (ดูโพสต์เก่าได้วิธีการนี้) จะเห็นไอคอนปรากฎที่หน้า AddIn ดังรูป

กรณีที่ 1 ตัวอย่างงานรังวัดในงานสำรวจทั่วไป (Survey Engineering Example)

กำหนดค่าพิกัดของสถานี A, B และ C ดังนี้

วัดค่ามุม ∝ และ ∅ จากกล้อง total station ได้ดังนี้ ∝= 40°35’22.11“ และค่ามุม ∅ = 9°18’31.84“ ที่ไอคอนโปรแกรมกดคีย์ “EXE” เข้าไปป้อนค่าพิกัดสถานีทั้งสามดังนี้

จากนั้นป้อนมุมภายใน

โปรแกรมจะคำนวณหาค่าพิกัดของจุดตัด โดยที่แจ้งสถานะมาก่อนว่าคำนวณได้ Resection Solved…

กรณีที่ 2 ตัวอย่างงานที่จุดตัดตกอยู่ในภาวะเอกฐานเสมือน (Pseudo Singularity)

นี่เป็นกรณีพิเศษจริงๆ เพราะว่าหลายๆสูตรคำนวณด้วยวิธีนี้ไม่ได้เช่นสูตร Tienstra กำหนดค่าพิกัดสถานี A (2639303.349mN, 231605.043mE) ค่าพิกัดสถานี B (2639271.845mN, 231419.755mE) และสถานี C (2639180.389mN, 231561.178mE) มุมที่รังวัดมา α = 180° มุม β = 105°3’14.94“

ข้อสังเกตุถ้ามุม α เท่ากับ 180 แสดงว่าจุดตัดตกอยู่บนเส้นตรงระหว่างสถานี A และ B แต่เขยิบเข้าไปใกล้ B มากกว่าเพราะว่ามุม β เป็นมุมป้าน มาดูการคำนวณจากเครื่องคิดเลข เมื่อเรียกโปรแกรมมาแล้วป้อนค่าพิกัดสถานีตามลำดับ A, B และ C แล้ว

จากนั้นป้อนมุม α และ β

ผลลัพธ์ที่ได้

กรณีที่ 3 ตัวอย่างจุดตัดตกหลุมดำในภาวะเอกฐาน (Singularity)

กรณีสุดท้าย โอกาสที่จะเจอแบบนี้คือสถานีทั้งสามสถานีอยู่บนวงกลมเดียวกันและจุดที่ตั้งกล้องที่ต้องการทราบค่าพิกัดและยังมาอยู่บนวงกลมเดียวกันทั้ง 4 จุด ในชีวิตจริงมีโอกาสน้อยมากเหมือนกับถูกล็อตเตอรีรางวัลที่ 1 ยังไงยังงั้น มาลองคำนวณดู

กำหนดค่าพิกัดสถานี A (2369180.389mN, 231561.178mE) สถานีพิกัดสถานี B (2639303.349mN, 231605.093mE) และสถานี C (2639478.455mN, 231509.233mE) วัดมุม α = 29°32’23.9“และ β = 18°48’43.9“

เมื่อเข้าไปในโปรแกรมป้อนค่าพิกัด A, B และ C ตามลำดับ

จากนั้นป้อนมุม α และ β ตามลำดับ

สุดท้ายโปรแกรมไม่สามารถคำนวณหาพิกัดจุดตัดได้และแสดงว่า Resection unsolved…

เครดิต (Credit)

ก็ยกเครดิตสำหรับอัลกอริทึ่มหรือสูตรคำนวณนี้ให้กับสองท่านคือ Josep M. Font-Llagunes and Joaquim A. Batlle.

ซอร์สโค้ดสูตรคำนวณ (Sourcecode)

ผมยกมาเฉพาะสูตรคำนวณตั้งชื่อฟังก์ชั่น straightLineIntersection สำหรับคนที่สนใจเรื่องโปรแกรมมิ่งก็ศึกษาโค้ดภาษาซีกันได้ครับ ไม่มีอะไรยุ่งยาก

/* Algorithm based on Josep M. Font-Llagunes and Joaquim A. Batlle.
  - Input angles are radians. 
  - Internal angles is clock-wise direction.
  - A, B and C must be located from right to left respectively.*/
bool straightLineIntersection(double *xP, double *yP,
				double alpha_AB, double alpha_BC,
				double xA, double yA, double xB, double yB, double xC, double yC)
{
  double mA, mB, mC; //slope of lines.
  double cot_12, cot_23, cot_31;
  double pAB, pAC, pBC; //Euclidean distance between station.
  double estB; //Estimated angle A-B-C.
  double xPAB, yPAB, xPBC, yPBC, xPAC, yPAC; //error triangle.
  double xCAB, yCAB, xCBC, yCBC, xCAC, yCAC; //center of triangle.
  double deltatheta;
  double theta; //first estimated and actual azimuth from P to A at the end.
  double AP, AC;
  double sign;
  double dPAC_PBC, dCAC_CBC;
  double dPAB_PBC, dCAB_CBC;
  double dPAB_PAC, dCAB_CAC;

  pAB = sqrt((xA-xB)*(xA-xB) + (yA-yB)*(yA-yB));
  pAC = sqrt((xA-xC)*(xA-xC) + (yA-yC)*(yA-yC));
  pBC = sqrt((xB-xC)*(xB-xC) + (yB-yC)*(yB-yC));

  estB = acos((pAB*pAB + pBC*pBC - pAC*pAC) / (2*pAB*pBC));
  //Check if found absolutely singularity then stop and return.
  if (((estB + alpha_AB + alpha_BC - PI) >= -0.0001) and 
      ((estB + alpha_AB + alpha_BC - PI) <= 0.0001))
    return false;

  /*first guess (theta), try to avoid for cot(angle) 
    when angle == PI or zero).*/ 
  theta = alpha_AB + alpha_BC/2.0;    
  mA = cot(theta);
  mB = cot(theta - alpha_AB);
  mC = cot(theta - alpha_AB - alpha_BC);
	
  //calc coordinates of error triangle.
  xPAB = (mA*xA - mB*xB - yA + yB) / (mA - mB);
  yPAB = mA*(xPAB - xA) + yA;  
  xPBC = (mB*xB - mC*xC - yB + yC) / (mB - mC);
  yPBC = mB*(xPBC - xB) + yB;
  xPAC = (mA*xA - mC*xC - yA + yC) / (mA - mC);
  yPAC = mA*(xPAC - xA) + yA;
	
  dPAC_PBC = sqrt((xPAC-xPBC)*(xPAC-xPBC) + (yPAC-yPBC)*(yPAC-yPBC));
  dPAB_PBC = sqrt((xPAB-xPBC)*(xPAB-xPBC) + (yPAB-yPBC)*(yPAB-yPBC));
  dPAB_PAC = sqrt((xPAB-xPAC)*(xPAB-xPAC) + (yPAB-yPAC)*(yPAB-yPAC));
  
  AP = ((xPAB - xPBC) * (yPBC - yPAC) - (xPBC - xPAC) * (yPAB - yPBC))/* / 2*/ ;
  AP = (AP < 0.0) ? -AP : AP;

  /* The next 3 Cases are psudosingularities.
    
    1st case: P is aligned with A & B.Therefore cannot calc PAB & CAB.*/
  if (alpha_AB == PI || alpha_AB == 0.0){ /* P is aligned on A & B.*/
    /* cot(alpha_AB) is infinity */
    cot_23 = cot(alpha_BC);
    cot_31 = cot(alpha_AB+alpha_BC);
   
    //calc coordinates of center triangle.
    xCBC = 0.5 * (xB + xC + (yB - yC) * cot_23);
    yCBC = 0.5 * (yB + yC + (xC - xB) * cot_23);
    xCAC = 0.5 * (xA + xC + (yA - yC) * cot_31);
    yCAC = 0.5 * (yA + yC + (xC - xA) * cot_31);

    //distance CAC to CBC (center triangle).
    dCAC_CBC = sqrt((xCAC-xCBC)*(xCAC-xCBC)+(yCAC-yCBC)*(yCAC-yCBC));

    deltatheta = asin(0.5*(dPAC_PBC/dCAC_CBC));
	deltatheta = (deltatheta < 0.0) ? -deltatheta : deltatheta; 
    sign = (xPAC-xPBC)*(yCAC-yCBC) - (xCAC-xCBC)*(yPAC-yPBC);
	if (sign < 0.0 ) deltatheta = -deltatheta ;   
    theta += deltatheta;

    mB = cot(theta - alpha_AB);
    mC = cot(theta - alpha_AB - alpha_BC);
  
    *xP = (mB * xB - mC * xC - yB + yC) / (mB - mC);
    *yP = mB * ((*xP) - xB) + yB; 
    return true;
  }else if ((alpha_BC == PI) || (alpha_BC == 0)){ 
    /* 2nd case: P is aligned on B & C.
                 cot(alpha_BC) is infinity */
    cot_12 = cot(alpha_AB);
    cot_31 = cot(alpha_AB+alpha_BC);
   
    //calc coordinates of center triangle.
    xCAB = 0.5 * (xA + xB + (yA - yB) * cot_12);
    yCAB = 0.5 * (yA + yB + (xB - xA) * cot_12);
    xCAC = 0.5 * (xA + xC + (yA - yC) * cot_31);
    yCAC = 0.5 * (yA + yC + (xC - xA) * cot_31);

    //distance CAB ot CAC (center triangle)
    dCAB_CAC = sqrt((xCAB-xCAC)*(xCAB-xCAC)+(yCAB-yCAC)*(yCAB-yCAC));

    deltatheta = asin(0.5*(dPAB_PAC/dCAB_CAC));
	deltatheta = (deltatheta < 0.0) ? -deltatheta : deltatheta; 
    sign = (xPAB-xPAC)*(yCAB-yCAC) - (xCAB-xCAC)*(yPAB-yPAC);
	if (sign < 0.0 ) deltatheta = -deltatheta ;   
    theta += deltatheta;

    mA = cot(theta);
    mB = cot(theta - alpha_AB);
  
    *xP = (mA * xA - mB * xB - yA + yB) / (mA - mB);
    *yP = mA * ((*xP) - xA) + yA; 
    return true;
  }else if (((alpha_AB + alpha_BC) == PI) || ((alpha_AB + alpha_BC) == 0)){
    /* 3rd case: P is aligned on A & C. 
       cot(alpha_AB+alpha_BC) is infinity.*/
    cot_12 = cot(alpha_AB);
    cot_23 = cot(alpha_BC);
   
    //calc coordinates of center triangle.
    xCAB = 0.5 * (xA + xB + (yA - yB) * cot_12);
    yCAB = 0.5 * (yA + yB + (xB - xA) * cot_12);
    xCBC = 0.5 * (xB + xC + (yB - yC) * cot_23);
    yCBC = 0.5 * (yB + yC + (xC - xB) * cot_23);

    //distance CAB ot CBC (center triangle)
    dCAB_CBC = sqrt((xCAB-xCBC)*(xCAB-xCBC)+(yCAB-yCBC)*(yCAB-yCBC));

    deltatheta = asin(0.5*(dPAB_PBC/dCAB_CBC));
	deltatheta = (deltatheta < 0.0) ? -deltatheta : deltatheta; 
	sign = (xPBC - xPAB) * (yCBC - yCAB) - (xCBC - xCAB) * (yPBC - yPAB);
	if (sign < 0.0 ) deltatheta = -deltatheta;   
    theta += deltatheta;

    mA = cot(theta);
    mB = cot(theta - alpha_AB);
  
	*xP = (mA * xA - mB * xB - yA + yB) / (mA - mB);
	*yP = mA * ((*xP) - xA) + yA;   
    return true;
  }else {
    /* Normal case can be calculated by other methods as well.*/
    cot_12 = cot(alpha_AB);
    cot_23 = cot(alpha_BC);
    cot_31 = cot(alpha_AB+alpha_BC);
   
    //calc coordinates of center triangle.
    xCAB = 0.5 * (xA + xB + (yA - yB) * cot_12);
    yCAB = 0.5 * (yA + yB + (xB - xA) * cot_12);
    xCBC = 0.5 * (xB + xC + (yB - yC) * cot_23);
    yCBC = 0.5 * (yB + yC + (xC - xB) * cot_23);
    xCAC = 0.5 * (xA + xC + (yA - yC) * cot_31);
    yCAC = 0.5 * (yA + yC + (xC - xA) * cot_31);

	AC = ((xCAB - xCBC) * (yCBC - yCAC) - (xCBC - xCAC) * (yCAB - yCBC))/* / 2*/ ;
	AC = (AC < 0.0) ? -AC : AC;

    deltatheta = asin(0.5*sqrt(AP/AC));
	deltatheta = (deltatheta < 0.0) ? -deltatheta : deltatheta; 
	sign = (xPBC - xPAB) * (yCBC - yCAB) - (xCBC - xCAB) * (yPBC - yPAB);
	if (sign < 0.0 ) deltatheta = -deltatheta ;   
    theta += deltatheta;

    mA = cot(theta);
    mB = cot(theta - alpha_AB);
  
	*xP = (mA * xA - mB * xB - yA + yB) / (mA - mB);
	*yP = mA * ((*xP) - xA) + yA;  
    return true;
  }
}

เมื่อผมลองดี โมดิฟายด์แอพ DJI GO 4 ด้วย Deejayeye-Modder สำหรับโดรน DJI Spark

จากลองของเป็นลองดี

จากตอนที่แล้วเมื่อต้องลองของเอาโดรนเซลฟี่ DJI Spark มาบินทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศ ตอนนี้เลยคำว่า”ลองของ”ไปไกลหลายช่วงตัวแล้ว เพราะแพ็ตช์หรือโมดิฟายด์แอพ DJI GO 4 เรียกง่ายว่าเป็นการ “ลองดี” ไปแล้ว เพื่อนำโดรนมาบินทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศโดยที่เปิดหรือใช้ฟีเจอร์ที่ซ่อนไว้ ตอนนี้ฟีเจอร์เทียบได้กับโดรนรุ่นใหญ่เช่น Phantom 4 Pro หรือ Mavic

คำเตือน

สิ่งที่ผมกำลังจะเล่าบอกออกไป เป็นการใช้โดรนโดยที่ไม่หวังการรับประกัน ถ้าใครอยากจะลองดีก็ให้เป็นความสมัครใจของตัวท่านเอง ผมจะไม่รับผิดชอบต่อความเสียหายของโดรนของท่าน สิ่งที่จะมาเล่าสู่กันฟังถือว่าเป็นประสบการณ์และความรู้ โดยตัวผมเองเป็นคนชอบไอที ชอบเขียนโปรแกรมเป็นงานอดิเรก นิสัยส่วนตัวกับด้านไอทีชอบล้วง แคะ แกะ เกา อยู่ไม่สุข ดังนั้นในการโมดิฟาย์แอพ ถือว่าเป็นการสิ้นสุดการรับประกันโดรน DJI Spark ของผมไปโดยปริยาย ซึ่งผมสมัครใจเองครับ

ต้นทุนความเสี่ยง

มาแจกแจงราคาของสปาร์คกันนิด ผมซื้อสปาร์คแบบ fly combo ราคาในตอนนั้น 23,900 บาท ซื้อแบตเตอรีมาเพิ่มหนึ่งลูกราคา 2000 บาทถ้วน (รวมแบตเตอรีทั้งหมด 3 ลูก) ซื้อกระเป๋าสำหรับใส่โดรนมาครั้งแรก 650 บาทแต่ไม่ถูกใจเพราะใส่ของได้ไม่เยอะ ซื้อมาอีกใบราคา 1850 บาท สาย OTG 200 บาท รวมทั้งหมด 28,600 บาท ใช้เงินขนาดนี้สามารถซื้อสมาร์ทโฟนรุ่นดีๆ ได้สักหนึ่งเครื่องเลยทีเดียว

ทำไมต้องโมดีฟายด์แอพ

ความจริงโดรนแต่ละรุ่นของ DJI แอพจะเป็นส่วนหนึ่งที่เป็นตัวกำหนดว่าตัวไหนมีความสามารถอะไรบ้าง โดรนแต่ละรุ่นจะถูกจัดให้ Product อยู่ในเกรดไหนระดับไหน ตามกำลังซื้อของลูกค้า ลูกค้าที่ต้องการ Premium พันธุ์แท้มีกำลังซื้อสูงก็ควรจะมาซื้อรุ่นเทพ Inspire ที่ราคาเหยียบสองแสนบาทไปใช้ ส่วนใครมีกำลังซื้อลดหลั่นกันมาก็ไล่ตั้งแต่ Phantom 4 Pro, Mavic Pro, Mavic Air จนกระทั่ง DJI Spark โดรนเซลฟี่ราคาถูกที่สุดในไลน์การผลิดของ DJI

ฟีเจอร์ของ DJI Spark ที่ถูกซ่อนคือบินตามเส้นทางที่กำหนด (Waypoint) กับบินเป็นวงโคจร (Orbit) ก่อนหน้านี้ผมพยายามเข้าไปดูข่าวสารตามที่ DJI เคยบอกไว้ว่าอาจจะเอาการบินตามเส้นทางที่กำหนดมาใส่ให้สปาร์ค แต่ก็ตามข่าวมาสี่ ห้าเดือนแล้วก็ไม่มีความคืบหน้าอะไร และในตอนนี้ที่เขียนบทความนี้ ทางดีเจไอก็ออกโดรนรุ่น Mavic Air ตัวใหญ่กว่าสปาร์คนิดหนึ่ง ราคาแพงกว่าประมาณหมื่นกว่าบาท บินได้นานขึ้น gimbal ได้สามแกน (แต่สำหรับคนทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศสองแกนก็พอครับ) แต่ก่อนจะขายบอกว่าสนับสนุนการบินด้วย waypoint แต่พอออกขายจริงๆ กลับตัดฟีเจอร์นี้ไปดื้อๆ ซะอย่างนั้น ก็ได้ก้อนอิฐไปตามระเบียบไปหลายก้อน

นักโมกลุ่ม Deejayeye-Modder

ผมเข้าไปติดตามข่าวสารบ่อยๆตามฟอรั่มของผู้ใช้โดรน ก็เลยค้นไปเจอว่ามีกลุ่มโมดิฟายด์ (modder) ชื่อรวมๆคือ Deejayeye โมดิฟาย์แอพ DJI Go 4 เพื่อเปิดฟีเจอร์ที่ซ่อนนี้สำหรับโดรนสปาร์ค เป็นโค้ดเปิดใน Github โดยการเอาไฟล์ที่ใช้สำหรับติดตั้งในแอนดรอยด์คือไฟล์ APK (Android Package) มาทำการ patch เพื่อเปิดฟีเจอร์ที่ถูกซ่อนนี้ ในตอนแรกก็ไม่มั่นใจแต่ลองเอามาทำด้วยเครื่องมือที่ทีมงานแนะนำมาพร้อมโค้ด ก็ลองดูกลับทำได้สำเร็จ ลองเอาไฟล์นี้มาติดตั้งในโทรศัพท์แอนดรอยด์ของผมก็สามารถใช้งานได้

ย้อนรอยตอนลองของ

ขอเล่าย้อนรอยสั้นๆก่อนหน้านี้ ผมใช้แอพ Litchi ผมพอใจการทำงานของ Litchi ปัญหาเมื่อโดรนต่อกับรีโมทคอนโทรล (Remote controller) สัญญานหลุดจากกันแต่ก็ reconnect ให้ใหม่ได้เร็ว ไม่ต้องลุ้นมาก แอพมีความเสถียรพอสมควร นานๆจะแครชที แต่ข้อเสียคือสุ่มเสี่ยงกับการไม่ได้รับประกันจาก DJI และข้อเสียอีกอย่างคือไม่สนับสนุนการบินตามเส้นทางที่กำหนด (waypoint) สำหรับโดรน DJI Spark ที่ไม่สนับสนุนเพราะว่าเครื่องมือ SDK (Software Development Kit) ของ DJI ไม่มีไว้ให้นั่นเอง คำว่าไม่สนับสนุนคือสั่งให้บินไปตามเส้นทางไม่ได้ แต่สามารถสร้างเส้น waypoint นี้ได้

ผมกำหนดเส้นทางการบิน (waypoint) จากที่มีในแอพ เรียกว่าสามารถใส่จุดล่วงหน้าจากแอพโดยการจิ้มแต่ละจุดไปบน map แต่ข้อเสียคือไม่สามารถนำเข้าไฟล์จาก kml ได้ เครื่องมือสร้าง auto waypoint จากรูปปิดที่กำหนดให้ก็ไม่มี ตอนบินก็เรียกเส้นทางการบินนี้ให้แสดงบนแผนที่ จากนั้นก็บังคับโดรนบินไปตามเส้นทางเหล่านี้ คุณภาพของการบินให้ตรงกับเส้นทางที่กำหนดนี่ต้องอาศัยทักษะพอสมควร แต่ส่วนใหญ่ผมเป๋ไปด้านซ้ายด้านขวาบ้าง แต่ผมออกแบบให้เส้นแนวบิน Overlap กันมากขึ้นคือให้เส้นแนวบินเข้ามาใกล้กันมากกว่าทฤษฎีจะได้ชดเชยเมื่อบินไม่ตรงแนว ตอนบินก็สั่งให้ gimbal ก้มด้วยมุม 85 องศา (เต็มที่แล้ว ไม่ได้ 90 องศา) จากนั้นก็สั่งถ่ายรูปด้วย interval ทุกๆ 3 วินาที ลองดูรูปด้านล่างจะเห็นว่าแนวบินไม่เป็นเส้นตรงเฉไปเฉมา

ตั้งแต่ผมซื้อโดรนมา เคยเอามาเซลฟี่ประมาณ 4-5 ครั้งแค่นั้นเอง จากนั้นเอามาบินทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศทั้งหมด ดังนั้นฟีเจอร์ที่ผมต้องการที่สุดก็คือบินตามเส้นทางที่กำหนดเท่านั้นเพราะจะได้เบาแรงเมื่อเอาโดรนขึ้นไปบนฟ้า เพิ่มเติมอีกนิดผมเคยใช้แอพทางการของ DJI GO 4 อยู่ไม่กี่ครั้ง จากนั้นก็ใช้ Litchi มาตลอด

เมื่อ DJI กลับลำในกรณี Mavic Air

เท่าที่ผมติดตามเป็นแฟนของโดรน DJI มาสักระยะหนึ่งพบว่านอกจากสินค้าที่ดีด้านฮาร์ดแวร์ ส่วนด้านบริการยังไม่ทราบเพราะไม่เคยได้ใช้ ส่วนซอฟต์แวร์จะดีหรือแย่ค่อยมาว่ากันอีกที ในกรณีของ Mavic Air จะวางขายมีการออกสื่อทั้งทางเว็บทางการของ DJI เองว่า Mavic Air สนับสนุนการบินตามเส้นทางที่กำหนด ผมรู้สึกผิดหวังนิดๆว่าไม่น่ารีบซื้อ Spark มาเลย เตรียมตัวขายต่อครับ จะเอาเงินไปซื้อ Mavic Air แต่สุดท้ายฟ้าผ่าเพราะก่อนหน้าจะออกวางขายไม่กี่วัน DJI ก็ตัดฟีเจอร์นี้ออกจากเว็บไซต์แบบหน้าตาเฉย ตอนนั่นผมไม่รู้จะดีใจหรือผิดหวังดี ที่ดีใจคือไม่ได้ขายสปาร์ค ที่ผิดหวังคือนโยบายที่เอาแน่นอนไม่ได้ของ DJI

พบแสงสว่างบนทางแห่งความเสี่ยง

ในที่สุดกับก็มาพบโมดิฟายด์แอพด้วยเครื่องมือของ Deejayeye ตามที่ผมกล่าวไปข้างต้น พยายามอ่านและทำความเข้าใจอยู่หลายวัน คันไม้คันมือทนไม่ไหว ก็เลยตัดสินใจลองดู ถ้าสำเร็จหมายถึงการรับประกันก็สิ้นสุดทันที ผมดาวน์โหลดไฟล์โดยที่ไฟล์ประกอบด้วยโค้ด โครงสร้างไดเรคทอรีเปล่าๆ ที่จะต้องไปดาวน์โหลดเครื่องมือมาใส่ในไดเรคทอรีนี้ และมีไดเรคทอรีที่ต้องไปหาไฟล์ติดตั้งแอพ DJI GO 4 ที่เป็นแพ็คเกจ APK มาใส่เพื่อให้โปรแกรมสามารถแพ็ตช์ได้

แพ็คเกจ APK สามารถหาดาวน์โหลดได้เฉพาะ DJI GO 4 รุ่น 4.1.4 ถึง 4.1.9 แต่รุ่นหลังจากนี้ทาง DJI ได้ทำการ encrypted ไว้ ไม่สามารถหาได้บนดิน ต้องมุดใต้ดินไปหาครับ

ปัญหา OTG (On The Go)

ปัญหาของ OTG บนแอนดรอยด์สำหรับใช้บนแอพ DJI GO 4 ถือว่าเป็นปัญหาอลเวง เดี๋ยว DJI สนับสนุนเดี๋ยวถอดออก ผมซื้อสายมา 200 บาทแต่ไม่ได้ใช้เลย แต่ที่ได้ยินมาคือฝั่ง IOS ใช้ได้ดีไม่ปัญหาเหมือนฝั่งแอนดรอยด์

OTG คือสายเคเบิลที่เอามาต่อระหว่างรีโมทคอนโทรลกับโทรศัพท์มือถือที่ลงแอพ DJI GO 4 คือที่ได้ยินมาตลอด ถ้ามันต่อได้ดีเสถียร จะเป็นประโยชน์มากกว่าการต่อด้วยไวไฟเพราะไวไฟนี้อาจจะไปกวนไวไฟที่ต่อระหว่างรีโมทคอนโทรลกับโดรนที่บินกลางอากาศ

เลือกเวอร์ชั่นของแอพ DJI GO 4

ผมหาแพ็คเกจ apk ของแอพตอนแรกเลือก 4.1.22 รุ่นล่าสุดในขณะที่เขียนบทความ ทำการแพ็ตช์ ติดตั้งลงโทรศัพท์มือถือปรากฎว่าสาย OTG ใช้ไม่ได้ครับ เพราะตอนแรกอ่านผ่านๆว่ารุ่นหลังๆสนับสนุนแล้ว พอไปอ่านดีๆกลับผมว่า DJI ไม่สนับสนุนในแอพรุ่นนี้ สุดท้ายพบว่ารุ่น 4.1.15 ที่สนับสนุน ก็เลยต้องไปหาแพ็คเกจ apk รุ่นนี้มาทำการแพ็ตช์ แล้วทำการติดตั้งลงมือถือ เลือก Flight mode คือปิดการสื่อสารทุกอย่างบนโทรศัพท์มือถือ เปิดแอพ DJI GO 4 รุ่น 4.1.15 ในที่สุด OTG ใช้ได้

เปิดฟีเจอร์ Waypoint

เมื่อเปิดแอพ DJI GO 4 ทำการต่อสายรีโมทคอนโทรล จากนั้นก็ต่อกับโดรน ช่่วงนี้ลองในบ้านได้ ทำการปรับค่า config ต่างๆ แล้วลองแท็บไปในโหมด Fly intelligent จะเห็นว่า การบินด้วยเส้นทางที่กำหนด (Waypoints) เปิดมาเป็นที่เรียบร้อยพร้อมที่จะไปลองทดสอบ

ปัญหาเมื่อเส้นทางกำหนดการบินไม่สามารถกำหนดล่วงหน้าได้

ผมได้บอกไปแล้วว่าด้าน hardware โดรนในค่ายของ DJI ทำได้ยอดเยี่ยม แต่ด้านซอฟท์แวร์ กลับได้ยินเสียงอึงคะนึงหลายๆอย่าง ที่หนักๆแรงๆคือการบินด้วย waypoint ไม่สามารถป้อนหรือใส่ได้ก่อนแบบที่ Litchi หรือแอพตัวอื่นทำได้ จะวางแผนการบินล่วงหน้าทาง DJI ก็มีให้คือเสียเงินไปซื้อ DJI Ground Station สำหรับ IOS แต่ไม่มีสำหรับฝั่งแอนดรอยด์ที่ผมใช้อยู่

การวาง waypoint จะต้องเอาเครื่องโดรนขึ้นไปบนฟ้าตำแหน่งที่จะต้องการบินแล้วทำการ record จุดที่ละจุดจนครบ ฟังดูง่ายสำหรับการตั้ง waypoint สำหรับเอาไปถ่ายภาพสวยๆหรือถ่ายวีดีโอ แต่ไม่ใช่งานบินทำแผนที่ด้วยภาพถ่ายทางอากาศ เพราะเราต้องการเส้นตรงที่ขนานกัน เพื่อให้ overlap ได้ตรงกับที่คำนวณไว้ และเส้นตรงเหล่านี้ไม่ได้มีแค่เส้น สองเส้น บางครั้งเป็นร้อยเส้น จะทำอย่างไรดี และที่ตลกคือเมื่อเราวางจุด waypoint เสร็จ ถ้าเป็นงานถ่ายภาพทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศ มีเสน waypoint หลายๆเส้น แบตเตอรีก็คงใกล้จะหมด ต้องเอาโดรนลงมาบนพื้นใส่แบตเตอรี่แล้วบินขึ้นไปใหม่ แล้วค่อยใช้ waypoint ในการบินอีกครั้งเพื่อถ่ายภาพ

ปัญหาอีกอย่างคือในการบินตามเส้นทางที่กำหนด ต้องทำการเป็นลำดับ 1, 2, 3, 4, …. (ไม่ต้องถึงไลน์สุดท้ายก็สามารถเรียกโดรนกลับมาได้) แต่ตัวอย่างเช่นต้องการบินจาก 3, 4 ,5, 6 ทำไม่ได้ครับ ต้องไล่ตั้งแต่ 1, 2, 3 ซึ่งเป็นข้อเสียอย่างแรง

ตามล่าหาวิธีการสร้างเส้นทางการบินที่กำหนดล่วงหน้า

จากปัญหาที่พบผมไม่ต้องไปค้นที่ไหนไกล ในกลุ่มนักโมดิฟายด์ ก็มีคนเห็นปัญหานี้ เขาใช้เครื่องที่ root ตามเข้าไปในดูในโฟลเดอร์ของแอพบนมือถือก็พบว่ามีไฟล์ที่เป็นฐานข้อมูล sqlite ข้างในมีตารางที่แสดง waypoint ด้วยสตริงแบบ json จากนั้นก็เพิ่มฟีเจอร์เข้าไปใน DJI GO 4 เพื่อทำให้ไฟล์นี้เป็น public คือเครื่องไม่ root สามารถไปแก้ไขได้ ในขณะนี้รู้ว่าแอพทำการเก็บข้อมูลที่ไหนและรู้รูปแบบคือเป็นฐานข้อมูล sqlite

Mission Planner สุดยอดโปรแกรมออกแบบเส้นทางการบิน

โปรแกรมนี้บน Desktop PC เป็นโปรแกรมฟรี ใช้งานง่ายมาก ไปดาวน์โหลดได้ที่ ลิ๊งค์นี้ โปรแกรมนี้สามารถสร้าง Polygon ด้วยการจุดบน map ได้ง่ายๆ หรือจะนำเข้าจาก shape file ก็ได้ เมื่อได้พื้นที่แล้วสามารถสร้าง waypoint ได้จากการป้อนค่ามุมอะซิมุทแนวการบิน ความสูงของโดรน และค่าอีกหลายๆค่า จากนั้นโปรแกรมจะสร้าง waypoint ให้ ซึ่งเราสามารถจัดเก็บเป็นไฟล์ในรูปแบบรหัสแอสกี้ (text file) ได้ แต่ตอนนี้ได้ไฟล์มาแต่ยังไม่โดนใจแอพ DJI GO 4 ต้องทำการแปลงเป็นฐานข้อมูล sqlite ก่อน

มาลองดูไฟล์ waypoints ที่ได้จากโปรแกรม Mission Planner

QGC WPL 110
0 1 0 16 0 0 0 0 23.864033 90.366674 8.000000 1
1 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86296860 90.36620300 50.000000 1
2 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86312430 90.36512590 50.000000 1
3 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86336720 90.36516850 50.000000 1
4 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86321230 90.36623980 50.000000 1
5 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86345610 90.36627670 50.000000 1
6 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86361010 90.36521110 50.000000 1
7 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86385300 90.36525370 50.000000 1
8 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86369980 90.36631360 50.000000 1
9 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86394360 90.36635050 50.000000 1
10 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86409600 90.36529640 50.000000 1
11 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86433890 90.36533900 50.000000 1
12 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86418730 90.36638740 50.000000 1
13 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86443110 90.36642420 50.000000 1
14 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86458180 90.36538160 50.000000 1
15 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86482470 90.36542420 50.000000 1
16 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86467480 90.36646110 50.000000 1
17 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86491860 90.36649800 50.000000 1
18 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86506770 90.36546680 50.000000 1
19 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86531060 90.36550940 50.000000 1
20 0 0 16 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 23.86516230 90.36653490 50.000000 1

ArduMissionToDJISQL ทูลส์มาช่วยแปลงข้อมูล

และนักโมดิฟายด์ท่านนี้ก็ได้สร้างทูลส์แปลงจาก textfile เป็นไฟล์ sql ซึ่งเป็น text file เช่นเดียวกันแต่เป็นไฟล์โค๊ดภาษา sql เพื่อเตรียมปั๊มป์ข้อมูลนี้เข้าไปในฐานข้อมูล ไปหาดาวน์โหลดได้ที่ฟอรั่มตามลิ๊งค์นี้

ไฟล์ sql ที่ได้จากการแปลง waypoints ก็แบบนี้ครับ

INSERT INTO dji_pilot_dji_groundstation_controller_DataMgr_DJIWPCollectionItem ( distance, pointsJsonStr, autoAddFlag, createdDate )
VALUES (1328.54, ‘{“points”:[{“craftYaw”:-81,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86296860000000,”lng”:90.36620300000000},{“craftYaw”:9,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86312430000000,”lng”:90.36512590000000},{“craftYaw”:99,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86336720000000,”lng”:90.36516850000000},{“craftYaw”:8,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86321230000000,”lng”:90.36623980000000},{“craftYaw”:-81,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86345610000000,”lng”:90.36627670000000},{“craftYaw”:9,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86361010000000,”lng”:90.36521110000000},{“craftYaw”:99,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86385300000000,”lng”:90.36525370000000},{“craftYaw”:8,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86369980000000,”lng”:90.36631360000000},{“craftYaw”:-81,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86394360000000,”lng”:90.36635050000000},{“craftYaw”:9,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86409600000000,”lng”:90.36529640000001},{“craftYaw”:99,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86433890000000,”lng”:90.36533900000001},{“craftYaw”:8,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86418730000000,”lng”:90.36638739999999},{“craftYaw”:-81,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86443110000000,”lng”:90.36642420000000},{“craftYaw”:9,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86458180000000,”lng”:90.36538160000001},{“craftYaw”:99,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86482470000000,”lng”:90.36542420000001},{“craftYaw”:8,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86467480000000,”lng”:90.36646110000000},{“craftYaw”:-81,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86491860000000,”lng”:90.36649800000001},{“craftYaw”:9,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86506770000000,”lng”:90.36546679999999},{“craftYaw”:99,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86531060000000,”lng”:90.36550939999999},{“craftYaw”:99,”gimbalPitch”:-85,”gimbalYaw”:0,”height”:50.00000000000000,”lat”:23.86516230000000,”lng”:90.36653490000000}]}’,1,1524200609000)

SQLite Studio โปรแกรมช่วยบริหารฐานข้อมูล SQLite

SQLite Studio เป็นโปรแกรมฟรีและเปิดโค้ด ผมใช้มานานแล้ว เมื่อติดตั้งแล้ว ผมจะใช้โอนไฟล์จากแอพ DJI GO 4 ชื่อไฟล์คือ dji_mod_4_1_15.db ในเครื่องผมอยู่ที่ /mnt/storage/DJI/ จากนั้น copy มาฝั่ง desktop pc ทำการแก้ไขด้วย SQLite Studio ด้วยการ Add Database แล้วเลือกไฟล์นี้ จากนั้นมองหาตารางข้อมูลชื่อ “dji_pilot_dji_groundstation_controller_DataMgr_DJIWPCollectionItem” เปิด Sqlite Editor จากนั้นเปิดไฟล์ sql ด้วย Notepad จากขั้นตอนที่แล้วทำการ copy เนื้อหาไปยังคลิปบอร์ด แล้วทำการ paste ที่ Sqlite Editor นี้แล้วทำการ Execute Query ข้อมูลจะถูกปั๊มป์เข้าไปในฐานข้อมูล จากนั้นจะ copy ไฟล์ ฐานข้อมูลนี้กลับไปยังโทรศัพท์มือถือเพื่อไปทับกับไฟล์เดิม

ทดสอบบินตามเส้นทางที่กำหนด

วันแรกที่ผมต้องการลองบินแบบบินตามเส้นทางที่กำหนด (waypoint) รู้สึกใจไม่ค่อยดี หนึ่งนั้นที่เคยบอกไปว่าไม่ค่อยคุ้นกับแอพ DJI GO 4 เพราะไม่ค่อยได้ใช้ และอีกอย่างคือไฟล์เส้นทางการบินที่เตรียมมาไม่สามารถเปิดดูได้จากแอพ DJI GO 4 ก่อน ว่ามีอะไรบ้าง นี่ก็เป็นข้อเสียที่ร้ายแรงอีกอย่างครับ ทำไมให้เปิดดูไม่ได้ก่อน ต้องเอาโดรนบินขึ้นไปบนฟ้าเท่านั้นจึงจะดูได้ แหมถ้าเป็นยุคซามูไร ทีมงานผู้พัฒนาชุดนี้ควรจะต้องคว้านท้องตัวเอง (เอาฮานะครับ) เมื่อขึ้นไปบนท้องฟ้าแล้วผมก็ดูไฟล์แนวบินที่ผมสร้างเอาไว้ ในฐานข้อมูลนั้นจะมี location ด้วยผมใส่คำอธิบายไปด้วยสั้นๆ เพื่อให้หาไฟล์ง่าย เพราะ DJI GO 4 เลือกที่จะเน้นแสดงผลเส้นทางการบินนี้ด้วยวันเวลาที่สร้างซึ่งดูยากมาก

ครั้งแรกที่ลองบินตาม waypoint ผมเลือกเอาเส้นทางการบินตามแนวรถไฟฟ้าที่กำลังก่อสร้างนอกเมือง บริเวณนั้นมีหนองน้ำเยอะพอสมควร สลับด้วยทุ่งหญ้า เมื่อบินขึ้นท้องฟ้าปรากฎว่าผมไปยืนอยู่ผิดตำแหน่งคือห่างจาก waypoint ไปประมาณ 400 เมตร (ถือว่าไกลสำหรับสปาร์ค) ด้วยความที่ไม่อยากเสียเวลาก็เลย Apply เพื่ออัพโหลด waypoint ชุดนี้เข้าโดรน จากนั้นโดรนก็บินไปตาม waypoint จุดที่ 1 พอบินไปได้สัก 6 เส้น ผมลอง stop เพื่อจะเรียกเครื่องกลับ เป็นเรื่องครับ สัญญาณกลับขาดหายไปดื้อๆ ทั้งๆตอนที่บินอยู่ในตอนนั้นโดรนส่งรูปที่ถ่ายมาให้โทรศัพท์มือถือดูได้ตลอด ก่อนสัญญาณจะหลุดผมดูแล้วมีแบตเตอรีเหลือ 38% เมื่อติดต่อกันไม่ได้ผมก็เดินจ้ำอ้าวไปยังจุดที่โดรนบินค้างอยู่กลางอากาศแต่ไม่ทราบว่าอยู่ตรงไหน ด้วยอารามรีบร้อนกลับเลยไปอีกทางหนึ่ง เมื่อตั้งสติได้ก็มาดูที่แอพอีกทีดูจุดสุดท้ายบนแผนที่ ก็เลยวิ่งกันมาที่จุดนั้น เดชะบุญปรากฎว่าโดรนแลนดิ้งลงมาเอง อยู่กลางถนนลาดยางเล็กๆที่ไม่มีใครใช้ แบตเตอรีกระพริบอยู่ พอผมไปถึงแบตเตอรีก็หมดพอดี ผมลองเปลี่ยนแบตเตอรีลูกใหม่ใส่เข้าไปทดลองบินขึ้นอีกครั้งก็ยังดีอยู่ ไม่มีอะไรเสียหาย เมื่อกลับไปผมเอารูปที่ถ่ายมาดู จุดสุดท้ายที่ถ่ายเป็นทุ่งหญ้า แต่ก็สงสัยว่าเครื่องมาแลนดิ้งลงที่ถนนลาดยางห่างออกไป 20 เมตรได้อย่างไร และปลอดภัยด้วย ถือเป็นความโชคดีมากๆเนื่องจากในบริเวณนั้นส่วนใหญ่เป็นหนองน้ำ

ผมประเมินความผิดพลาดครั้งนี้น่ามาจากจุด home อยู่ห่างจากโดรนที่กำลังบินมากเกินไป ในขณะที่เรียกกลับนั้นสัญญานเกิดหลุดจนสุดท้ายแบตเตอรีคงไม่พอที่จะกลับเลยแลนดิ้งลงเอง อย่างที่สองเป็นไปได้หรือไม่มาจากสาย OTG ที่ไม่เสถียร

ไม่พบปัญหาในการทดสอบในภายหลัง

วันต่อมาผมก็เอาโดรนพร้อมทั้งทำ waypoint ประมาณ 3 ชุด แต่ละชุดผมคำนวณระยะทางและความเร็วของการบินโดรนซึ่งผมไม่ให้เกิน 12 กม.ต่อชม. ใช้เวลาประมาณแค่ 9-10 นาทีเท่านั้น (แบตเตอรีตามสเป็คแล้วใช้ได้ 15 นาที) และจุด home ที่ไปยืนปล่อยโดรนต้องเป็นจุดที่อยู่ในพื้นที่นั้นๆ ป้องกันโดรนบินออกไปไกลทั้งขาไปและขากลับ วันที่สองนี้ไม่มีปัญหาครับ สัญญาณไม่หลุด นิ่ง และที่สำคัญคือในขณะนั้นลมแรงไปนิด เพราะมีเมฆฝนตั้งเค้าไกลๆ แต่โดรนสามารถบินไปตามแนวได้อย่างตรงแนว ผิดกับที่ผมบินด้วย manual แบบหน้ามือกับหลังมือ และแอพก็เตือนตลอดว่าลมแรงให้บินด้วยความระมัดระวัง เมื่อบินจบแนวเส้นทางการบินที่กำหนดไว้แล้ว เครื่องก็บินกลับมาจุดปล่อย (home) ได้อย่างปลอดภัย ลองดูรูปด้านล่างจะเห็นว่าแนวบินเป็นเส้นตรง

สรุป

ผมถือว่าภารกิจลองดีครั้งนี้ประสบความสำเร็จด้วยดีแต่ก็ผ่านความหวุดหวุดหวาดเสียวมาพอสมควรในกรณีที่สัญญาณหลุดจนโดรน landing ลงมาเอง ในส่วนของแอพ DJI GO 4 เองยังมีฟีเจอร์หลายอย่างที่ต้องพัฒนาปรับปรุงอีกมากมาย ตามที่ในฟอรั่มผู้ใช้งานได้เรียกร้องกันมาตลอด สำหรับประสบการณ์ของผมในครั้งนี้ก็ถ่ายทอดให้ผู้อ่านพอหอมปากหอมคอและอย่าได้ขอไฟล์แพ็คเกจที่ผมแพ็ตช์ตัวนี้มาเลยนะครับเพราะเป็นเรื่องการละเมิดลิขสิทธิ์ ติดตามกันต่อไปครับ

ติดปีกเครื่องคิดเลขเทพ Casio fx 9860G II SD ด้วยโปรแกรมภาษาซีบน AddIn ตอนที่ 4 โปรแกรมพื้นฐานงานสำรวจชุดที่ 1 (COGO SSE 1)

COGO (Coordinate Geometry)

ผมพยายามจะแปลคำนี้เป็นภาษาไทยอยู่นานทีเดียว แต่สุดท้ายขอทับศัพท์ดีกว่า จริงๆแล้วงานสำรวจคืองานที่เกี่ยวกับทรงเรขาคณิต (Geometry) อยู่แล้ว และต้องสามารถระบุค่าพิกัด (Coordinate) ทุกๆจุดได้บนเรขาคณิตนั้นๆ ความเกี่ยวข้องระหว่างรูปทรงเรขาคณติกับค่าพิกัดจะเกี่ยวข้องกันด้วยมุมและระยะทางเป็นส่วนใหญ่

Selected Serie 1 (SSE 1)

คำนี้เอามันครับ ผมนึกถึงโปรแกรมตระกูลไมโครสเตชัน (Microstation) ที่มักจะใช้คำนี้บอกรุนของโปรแกรม ดังนั้นคำว่า Selected Serie 1 คำแปลก็ประมาณว่าเลือกสรรแล้วชุดที่ 1

โปรแกรมพื้นฐานงานสำรวจชุดที่ 1 (COGO SSE 1)

ก่อนหน้านี้ผมเขียนโปรแกรมภาษาซีสำหรับเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G II SD มาหลายตอนแต่เป็นโปรแกรมระดับ advance มาในตอนนี้จะกลับมาที่พื้นฐานงานสำรวจที่ต้องเกี่ยวข้องกับค่าพิกัด มุมและระยะทาง

ดาวน์โหลดและติดตั้ง

ไปที่หน้าดาวน์โหลด (Download) มองหาโปรแกรม COGO SSE1 แล้วดาวน์โหลดจะได้ไฟล์ COGOSSE1.G1A แล้ว copy ไฟล์ไปที่เครื่องคิดเลขตามวิธีขั้นตอนที่ผมได้บอกไว้ก่อนหน้านี้

ส่วนประกอบของโปรแกรม

สำหรับโปรแกรมพื้นฐานงานสำรวจในชุดนี้จะจัดโปรแกรมย่อยเล็กๆ ไว้ 4 โปรแกรม

Bearing-Dist (2 pt) เมื่อกำหนดจุดค่าพิกัด 2 จุด สำหรับคำนวณหามุมอะซิมัทและระยะทาง
Bearing-Dist(3 pt) เมื่อกำหนดจุดค่าพิกัด 3 จุด สำหรับคำนวณหาง่ามมุมราบ อะซิมัทและระยะทาง ในงานสำรวจก็ได้แก่การตั้งเป้าหลัง (backsight) จุดตั้งกล้อง (station) และเป้าหน้า (target)
Coordinate 2D เมื่อกำหนดจุดค่าพิกัด 2 จุด กำหนดมุมราบและระยะราบ คำนวณหาค่าพิกัดจุดที่ 3 คำนวณหาพิกัดจุดที่ 3 การคำนวณคำนวณในระนาบสองมิติอย่างเดียว ไม่มีค่าระดับมาเกี่ยวข้อง
Coordinate 3D เมื่อกำหนดจุดค่าพิกัด 2 จุด กำหนดมุมราบและมุมดิ่ง ระยะทางแบบ slope distance ต้องการคำนวณหาค่าพิกัดและค่าระดับจุดที่ 3

วิธีการใช้งานโปรแกรม

กดคีย์ “MENU” ที่เครื่องคิดเลขจะเห็นหน้าตาประมาณนี้ เลื่อนลูกศรไปที่ไอคอนของโปรแกรมดังรูป กดคีย์ “EXE”

Bearing-Dist (2 pt)

ที่เมนูกดคีย์ “1” เป็นการคำนวณหาค่ามุมอะซิมัทและระยะทางเมื่อกำหนดจุดค่าพิกัดให้สองจุด ลองทดสอบจากตัวอย่างดังรูป การประยุกต์ใช้งานส่วนใหญ่เป็นตอนที่ช่างสำรวจตั้งกล้องที่หมุดและส่องไปเป้าหลังหรือเป้าหน้าแล้ววัดระยะทางเพื่อตรวจสอบจากค่าพิกัด

ผลลัพธ์ก็ออกมาดังนี้

Bearing-Dist (3 pt)

ที่เมนูกดคีย์เลข “2” การประยุกต์ใช้งานส่วนใหญ่จะเป็นการตั้งกล้องส่องไปหมุดเป้าหลังแล้วป้อนค่าพิกัดเป้าหน้าเพื่อตรวจสอบมุมราบหรือไม่ก็จะเป็นการวางผังโดยการเปิดมุมราบและวัดระยะทางที่เป้าบน pole ลองดูตัวอย่างทดสอบ

จะได้ผลลัพธ์มาดังนี้ ครั้งแรกจะแสดงมุมอะซิมัทและระยะทางไปเป้าหลังก่อน

ถัดไปจะเป็นมุมราบ มุมอะซิมัทและระยะทางไปเป้าหน้า

Coordinate 2D

ที่เมนูกดคีย์เลข “3” เป็นการคำนวณหาค่าพิกัดเป้าหน้าเมื่อกำหนดค่าพิกัดจุดตั้งกล้องและเป้าหลัง กำหนดมุมราบและระยะทาง การคำนวณจะไม่มีค่าระดับมาเกี่ยวข้อง จึงเรียกว่า 2D หรือสองมิติ สำหรับโปรแกรมนี้ผมได้นำค่าสเกลแฟคเตอร์เข้ามาช่วยประยุกต์ใช้ด้วย ในกรณีที่ไม่ต้องใช้ก็ป้อนค่าสเกลแฟคเตอร์นี้ เป็น 1.0

สเกลแฟคเตอร์ตัวนี้แล้วจริงๆคือ Combine Scale Factor (CSF) ที่ได้จาก Elevation Scale Factor (ESF) x Grid Scale Factor (GSF) การประยุกต์ใช้สเกลแฟคเตอร์ส่วนใหญ่นำมาใช้โครงการที่ระบบพิกัดฉากกริดยูทีเอ็มในงานใหญ่ๆยาวๆ เช่นโครงการก่อสร้างถนน รถไฟ เพราะว่าแบบ drawing เราอยู่บนระนาบพิกัดฉาก ให้คิดเสียว่าแบบอยู่บนกระดาษขนาดใหญ่มาตราส่วน 1:1 แล้วเราวัดระยะทางบนผิวโลกที่มีความโค้ง ดังนั้นการวัดระยะทางจะต้องมีการทอนจากบนผิวโค้งเพื่อให้ลงมาเข้ากับระนาบพิกัดฉากของกระดาษ

มาลองทดสอบข้อมูล ป้อนข้อมูลค่าพิกัดเป้าหลัง ค่าพิกัดจุดต้องกลองดังนี้

จากนั้นป้อนมุมราบ และระยะทาง (Ground Distance ใช้ตัวย่อ Gnd dist) ในกรณีกล้องโททัล สเตชัน ไม่ได้ตั้งค่าสเกลแฟคเตอร์ไว้ที่ตัวกล้อง ระยะทางที่วัดออกมาจะเป็นระยะทางบนพื้นโลก ส่วนค่าสเกลแฟคเตอร์ในตัวอย่างผมใช้ 1.000480

โปรแกรมจะคำนวณมุมอะซิมัทและระยะทางไปเป้าหลังให้ดูก่อนเพื่อตรวจสอบ และไม่ลืมว่าค่าพิกัดที่เราป้อนเข้าไปในเครื่องคิดเลขคือค่าพิกัดในระบบพิกัดฉาก ระยะทางที่คำนวณออกมาคือระยะทางบนพิกัดฉาก (Grid Distance ใช้ตัวย่อ Grd Dist) และถ้าวัดระยะทางจริงๆควรจะได้เท่ากับ Ground Distance

ทวนกันนิด ระยะทางบนพิกัดฉาก(กริด)= ระยะทางบนพื้นโลก x สเกลแฟคเตอร์

สุดท้ายจะได้แสดงข้อมูลได้แก่มุมอะซิมัทไปเป้าหน้า ระยะทางบนพิกัดฉากและระยะทางบนพื้นโลก รวมทั้งค่าพิกัดเป้าหน้าที่ต้องการ

Coordinate 3D

ที่เมนูกดคีย์ “4” โปรแกรมคล้าย Coordinate 2D แต่จะมีมิติทางดิ่งเข้ามาเพิ่มดังนั้นที่จุดตั้งกล้องจะวัดความสูงของกล้อง (HI – Height of instrument) และที่เป้าหน้าก็จะต้องวัดความสูงมาด้วย (HT – Height of target) นอกจากนั้นจะมีมุมดิ่ง (Vertical angle) มาด้วย มาดูข้อมูลทดสอบกัน เริ่มจากป้อนค่าพิกัดเป้าหลัง ต่อมาป้อนค่าพิกัดจุดตั้งกล้อง ค่าระดับจุดตั้งกล้อง ความสูงกล้อง

ต่อไปป้อนมุมราบ(H.Ang) มุมดิ่ง(V.Ang) ระยะทาง (Slope distance) และความสูงเป้า(HT) และค่าสเกลแฟคเตอร์ (Scale Factor)

โปรแกรมจะคำนวณอะซิมัท ระยะทางจากจุดตั้งกล้องไปเป้าหลัง ข้อสังเกตผมใส่เครื่องหมายดาว (*) หน้าระยะทางบนพื้นโลก (Ground Distance)

กดคีย์ “EXE” จะได้ผลลัพธ์ อะซิมัท ระยะราบทั้งระยะบนพื้นโลกและระยะกริดจากจุดตั้งกล้องไปเป้าหน้า

สุดท้ายคือผลลัพธ์ที่ต้องการคือค่าพิกัดและค่าระดับของเป้าหน้า

สรุป

ก็พอหอมปากหอมคอสำหรับโปรแกรมพื้นฐานงานสำรวจชุดที่ 1 โดยมีสิ่งที่ช่างสำรวจจะต้องเข้าใจตั้งแต่เรื่องมุมอะซิมัทคือมุมอะไร สำคัญมากเพราะมุมนี้เป็นหัวใจขั้นพื้นฐานและจะสัมพันธ์กับระยะทางโดยที่แยกกันไม่ออกและสามารถนำไปคำนวณค่าพิกัดได้ สำหรับการคำนวณแบบนี้ โปรแกรมในกล้อง Total Station ปัจจุบันก็คำนวณให้อยู่แล้ว แล้วก็เก่งขึ้นเรื่อยๆ แต่ในทางกลับกัน สำหรับช่างสำรวจเอง คงไม่มีใครได้จับกล้องพวกนี้ได้ตลอดเวลา จำเป็นจะต้องมีเครื่องคิดเลขคู่ใจไว้ติดตัวตลอด สามารถหยิบมาใช้งานได้สะดวกและถ้ามีโปรแกรมที่จำเป็นสำหรับการทำงานติดอยู่ด้วย ชีวิตการทำงานก็พลอยลื่นไหล ติดตามตอนต่อไปครับ

ติดปีกเครื่องคิดเลขเทพ Casio fx 9860G II SD ด้วยโปรแกรมภาษาซีบน AddIn ตอนที่ 3 โปรแกรมคำนวณหาระยะทางจากค่าพิกัดภูมิศาสตร์ (Geodetic Dist Calc)

มาถึงตอนที่ 3 ขอนำเสนอโปรแกรมคำนวณหาระยะทางที่สั้นที่สุดบนทรงรีด้วยสูตรการคำนวณของ Vincenty และระยะทางที่สั้นที่สุดบนทรงกลมด้วยสูตรของ Haversine โดยที่กำหนดค่าพิกัดภูมิศาสตร์ (แลตติจูด/ลองจิจูด) มาให้ 2 จุด

Geodesic Distance

ระยะทางที่สั้นที่สุดบนทรงรี (Ellipsoid) จะเรียกว่า Geodesic distance ผมใช้ไลบรารี GeographicLib ที่พัฒนาโดย Charles F. F. Karney ไลบรารีตัวนี้ใช้ c standard library เฉพาะ math อย่างเดียว ดังนั้นมั่นใจได้เลยว่าสามารถเอามาคอมไพล์บนเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G II SD ได้อย่างแน่นอน ไฟล์ header และซอร์สภาษาซีสามารถไปดาวน์โหลดได้ตามลิ๊งค์นี้ ให้ดาวน์โหลดเฉพาะไฟล์ geodesic.h และ geodesic.c ก็พอ ในไลบรารีเองจะแบ่งการคำนวณออกเป็น 2 แบบ คือ

Inverse กำหนดค่าพิกัดภูมิศาสตร์ 2 จุด คำนวณหาระยะทางและอะซิมัทของจุดเริ่มและจุดสิ้นสุด
Direct กำหนดค่าพิกัดภูมิศาสตร์ 1 จุดและอะซิมัทจุดเริ่มต้นและระยะทาง สามารถคำนวณหาค่าพิกัดภูมิศาสตร์จุดสิ้นสุดหรือจุดปลายได้

ไลบรารี GeographicLib นอกจากจะคำนวณ Inverse & Direct แล้วยังสามารถคำนวณหาพื้นที่ของรูปปิด polygon ได้ แต่ผมไม่ได้นำมาคำนวณในที่นี้

Great Circle Distance

ส่วนการคำนวณหาระยะทางบนทรางกลม ที่ใช้สูตร Haversine ผมเขียนเองเพราะเป็นสูตรสั้นๆ แบ่งการคำนวณแบบ Inverse และ Direct ได้ หมายเหตุความถูกต้องของระยะทางยังสู้ Geodesic distance ไม่ได้

ดาวน์โหลด (Download) โปรแกรมเครื่องคิดเลข

ไปที่หน้าดาวน์โหลด ตามลิ๊งค์นี้ มองหาโปรแกรม Geodetic Dist Calc จะได้ไฟล์ GEODIST.G1A แล้วติดตั้งลงเครื่องคิดเลข Casio fx-9860G II SD ผ่านทาง SD card หรือผ่าน FA-124

ทดสอบการใช้งาน

ในโหมด “MAIN MENU” ใช้ปุ่มคีย์บอร์ดลูกศรลงมาที่ไอคอน ดังรูป จากนั้นกดคีย์ “EXE” ประมวลผล

จะเห็นเมนูขึ้นมาดังรูป

Vincenty Inverse

เมื่อกำหนดค่าพิกัดสองจุด ต้องการคำนวณหาระยะทางบนทรงรี ที่เมนูกดคีย์ “1” ที่เครื่องคิดเลข เพืื่อคำนวณระยะทางแบบ Geodesic dist ป้อนค่าพิกัดดังรูป

กดคีย์ “EXE” เพื่อดูผลลัพธ์ จะได้ระยะทางสองหน่วยคือเมตรและกิโลเมตร Azi 1 คือค่าอะซิมัทจุดเริ่มต้น Azi 2 อะซิมัทที่จุดปลายทาง

Vincenty Direct

กำหนดค่าพิกัดเริ่มต้น กำหนดระยะทางและอะซิมัท คำนวณหาค่าพิกัดปลายทางและอะซิมัทปลายทาง ที่เมนูกดคีย์ “2” ป้อนข้อมูลทดสอบดังนี้

ได้ผลลัพธ์ดังนี้

Haversine Inverse

กำหนดค่าพิกัดให้สองจุด คำนวณหาระยะทางและอะซิมัท ที่เมนูกดคีย์เลข “3” ป้อนข้อมูลทดสอบดังนี้

กดคีย์ “EXE” ได้ผลลัพธ์ดังนี้

จะเห็นว่าค่าพิกัดสองจุดเป็นจุดเดียวกันกับตัวอย่าง Vincenty Inverse แต่ระยะทางที่คำนวณด้วยสูตร Vincentry ได้เท่ากับ 9271.574 กม. แต่ที่คำนวณด้วย Haversine ได้ระยะทาง 9273.574 กม. ต่างกันเล็กน้อยมากประมาณ 0.02 %

Haversine Direct

กำหนดค่าพิกัดให้หนึ่งจุด อะซิมัทแบะระยะทาง คำนวณค่าพิกัดจุดปลายทาง ที่เมนูกดคีย์ “4” ป้อนข้อมูลทดสอบดังนี้

กดคีย์ “EXE” ได้ผลลัพธ์ดังนี้

สรุป

การคำนวณระยะทางที่สั้นที่สุดบนทรงรี ใช้ไลบรารีที่สุดยอดจาก GeographicLib แบบยกมาเต็มๆ ความละเอียด ความถูกต้องเทียบเท่ากับคำนวณโปรแกรมบนคอมพิวเตอร์ ก็คงเหมาะสมกันเมื่อไลบรารีเทพมาอยู่บนเครื่องคิดเลขเทพ ตอนหน้าผมจะเสนอโปรแกรมที่ช่างสำรวจใช้ในชีวิตประจำวันกัน หลังจากที่ตอนก่อนหน้านี้ แสดงโปรแกรมที่แสดงศักยภาพของเครื่องคิดเลขเป็นส่วนใหญ่ ติดตามกันต่อไปครับ

September 2018
M	T	W	T	F	S	S
« Aug
					1	2
3	4	5	6	7	8	9
10	11	12	13	14	15	16
17	18	19	20	21	22	23
24	25	26	27	28	29	30

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งาน

ออกแบบเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำสำหรับกรุงเทพมหานครและปริมณฑล

1.กำหนดพื้นที่ขอบเขตและหาค่าตัวแทนความสูงเฉลี่ยเหนือทรงรี (h0)

2.เลือกเส้นโครงแผนที่และกำหนด Central Meridian ที่จุดใกล้จุดศูนย์กลางพี้นที่

3.คำนวณหาค่าสเกลแฟคเตอร์ k0 ที่แกน Central Meridian

คำนวณหาค่า k0 ด้วย Init Design LDP

4.ตรวจสอบความเพี้ยน (Distortion) ตลอดทั้งพื้นที่

เลือกจุดทดสอบ

คำนวณหาความสูงเทียบกับทรงรี

คำนวณ RG

คำนวณค่า k

คำนวณหาค่าความเพี้ยน (Distortion)

สร้างเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำ

คำนวณหาค่าความเพี้ยนด้วยทูลส์ Create LDP

5.กำหนดพารามิเตอร์เส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำให้เรียบง่าย

6.กำหนดหน่วยระยะทางและพื้นหลักฐานให้ชัดเจน

จัดเก็บเส้นโครงแผนที่ความเพี้ยนต่ำเข้าฐานข้อมูล

แปลงพิกัดด้วยทูลส์ Transform Coordinates

เครดิตสูตรที่นำมาใช้

โปรแกรมคำนวณหาจุดตัด (Intersection)

ดาวน์โหลดและติตตั้งบนเครื่องคิดเลข

เริ่มต้นใช้งานโปรแกรมหาจุดตัด (Intersection)

เมนูหลักของโปรแกรม

ตัวอย่างที่ 1 คำนวณหาจุดตัดระหว่างเส้นตรงกับเส้นตรง (Line and Line Intersection)

เลือกรายการคำนวณ

ป้อนค่าพิกัด

คำนวณหาจุดตัด

แสดงรูปตัด (Plot)

ตัวอย่างที่ 2 คำนวณหาจุดตัดระหว่างเส้นตรงกับเส้นตรง (Azimuth and Azimuth Intersection)

เลือกรายการคำนวณ

ป้อนค่าพิกัด

คำนวณหาจุดตัดและแสดงรูป

ตัวอย่างที่ 3 คำนวณหาจุดตัดระหว่างเส้นตรงกับวงกลม (Azimuth and Circle Intersection)

เลือกรายการคำนวณ

ป้อนค่าพิกัดและรัศมีวงกลม

คำนวณจุดตัดและแสดงรูป

ตัวอย่างที่ 4 คำนวณหาจุดตัดระหว่างวงกลมกับวงกลม (Circle and Circle Intersection)

จัดเก็บข้อมูลและเรียกมาใช้ภายหลัง

Geographic Calculator

เปลี่ยนรูปแบบการติดต่อกับผู้ใช้ด้วยไลบรารี MyLib

ดาวน์โหลดโปรแกรม (Download)

เริ่มใช้โปรแกรม

เลือกรายการคำนวณ (Menu)

ตัวอย่างที่ 1 แปลงค่าพิกัดจากค่าพิกัดภูมิศาสตร์ไปยังค่าพิกัดยูทีเอ็ม (Geographic to UTM)

ตั้งค่าระบบพิกัดเริ่มต้นและปลายทาง

ป้อนค่าพิกัด

คำนวณแปลงพิกัด

ตัวอย่างที่ 2 แปลงค่าพิกัดจากค่าพิกัดยูทีเอ็มไปยังค่าพิกัด MGRS (UTM to MGRS)

ตัวอย่างที่ 3 แปลงค่าพิกัดจากค่าพิกัด MGRS ไปยังค่าพิกัดภูมิศาสตร์ (MGRS to Geographic)

จัดเก็บข้อมูลและเรียกมาใช้ภายหลัง

โปรแกรมคำนวณสเกลแฟคเตอร์ (Scale Factor) สำหรับเครื่องคิดเลข Casio fx-9860 G

ปัญหาการคำนวณสเกลแฟคเตอร์

ปัญหาและทางออก

เครดิตผู้พัฒนาไลบรารี Geoid

เตือนสติเรื่องสเกลแฟคเตอร์

ใช้ไลบรารีแปลงพิกัด MGRS

สิ่งที่โปรแกรมต้องการ

ดาวน์โหลดโปรแกรม

เริ่มต้นใช้งาน

ตั้งค่ายูทีเอ็ม (UTM Settings)

คำนวณ Point Scale Factor

คำนวณหาค่า Line Scale Factor

จัดเก็บข้อมูลและเรียกมาใช้ภายหลัง

เครดิตไลบรารี

โปรแกรมคำนวณโค้งราบ HCurve สำหรับเครื่องคิดเลข Casio fx-9860 G

องค์ประกอบของโค้งราบ (Elements of Horizontal Curve)

คุณสมบัติของโปรแกรม

ดาวน์โหลดโปรแกรม (Download)

ใช้งานฟรี (Freely Usable)

เริ่มต้นใช้งาน

เมนูหลัก (Main Menu)

ตัวอย่างการคำนวณโค้งราบ (Example)

เลือกและป้อนสถานีที่ทราบและค่าพิกัด (Known Station and Know Coordinates)

เลือกป้อนมุมอะซิมัทและมุมเบี่ยงเบน(Known Tangent and Deflection Angle)

ป้อนองค์ประกอบโค้งราบ (Elements of Curve)

คำนวณหาข้อมูลพื้นฐานโค้งราบ (Curve Information)

การคำนวณโค้งราบ (Horizontal Curve Calculation)

คำนวณหาค่าพิกัดเมื่อกำหนดสถานี (Calculate Coordinates of Station)

คำนวณหาค่าพิกัดสถานีแบบกำหนดช่วงระยะทาง (Interval Calculation)

วาดรูปโค้งราบ (Plot Curve)

คำนวณ R_G