ผมมีโอกาสได้ลองเรือ CHCNav รุ่นอาปาเช่ 4 เป็นเรือรีโมทคอนโทรล ทางทีมงานของ CHCNav มาเดโมให้ดู ส่วนผมเป็นผู้สังเกตุการณ์ด้านข้าง วันนี้จะมาพูดคุยถึงแง่มุมเรือรีโมทในมุมมองของผมที่ทำมาหากินในด้าน hydrographic survey มาหลายสิบๆปี ส่วนใหญ่งานก่อสร้างทางทะเลที่ผมทำงานอยู่ด้วยน้อยนักที่จะเจอทะเลเรียบยิ่งหน้ามรสุมไม่ต้องพูดถึงคลื่นแรงลมแรงและบางทีมีฝนตกหนักด้วย
วันนี้สถานที่วิ่งเรือสำรวจด้วยอาปาเช่ 4 จะเป็นพื้นที่พิเศษเป็นพื้นที่ทางทะเลแต่คลื่นเรียบเนื่องจากพื้นที่ที่จะมาเดโมเรือจะเป็นพื้นที่ก่อสร้างถมทะเล ที่ตอนนี้ได้สร้างเขื่อนหินเป็นแกนล้อมรอบพื้นที่ที่จะถมทะเลในส่วนแกนหินนี้จะบดบังคลื่นจากธรรมชาติที่จะเข้ามาในพื้นที่นี้ทำให้พื้นผิวน้ำเรียบเหมือนทะเลสาบ ความลึกเฉลี่ยของน้ำทะเลประมาณอยู่ประมาณ 5 เมตร
เรือรีโมท อาปาเช่ 4 ถูกออกแบบมาให้สำหรับงาน Hydrographic survey ที่รวมถึงการวัดกระแสน้ำด้วยคลื่นเสียงติดตั้งอุปกรณ์ ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) แต่สำหรับที่นำมาเดโมในวันนี้ไม่ได้ติดเครื่องนี้มาด้วย ทำให้ภารกิจจำกัดอยู่ที่การวัดความลึกของท้องทะเล (Bathymetric survey) เท่านั้น
ระบบควบคุมเรือจะมีลักษณะคล้ายๆกับระบบควบคุมของโดรน จะมีฮาร์ดแวร์หลักจำพวก Flight Controller ลักษณะเป็นเมนบอร์ดทำหน้าที่ควบคุมอุปกรณ์อื่นๆทั้งหมด โดยที่มีหน่วยบันทึกความจำของข้อมูลงานสำรวจทั้งหมด แต่ในขณะเดียวกันข้อมูลสามารถส่งไปที่สถานีฐานได้ตลอดเวลา ระบบต่างๆที่ประกอบกันเป็นเรือรีโมทมีดังนี้
1.ระบบนำทาง (Positioning System)
ระบบนำทางใช้ GNSS RTK ที่สามารถรับสัญญาน RTK ได้หลากหลายทั้งผ่านอินเทอร์เน็ตจากซิมการ์ดโทรศัพท์ รับสัญญานวิทยุ (radio modem) ตัวเรือมีจากรับสัญญาน (antenna) ขนาดเล็กมาก ติดบนลำเรือจำนวนสองตัว ตัวด้านหน้าทำหน้าที่เป็น heading อีกตัวด้านหลังรับ position ระยะห่างกัน 1 เมตร โดยที่มีสเป็คดังนี้
- heading เป็นตัวรักษาทิศทางของเรือไม่ให้หมุนควง มีค่าความถูกต้อง ±0.2° ต่อระยะทาง 1 เมตร
- position เป็นตัวกำหนดตำแหน่งเรือให้มีความถูกต้อง ตามสเป็ค ทางราบมีความถูกต้อง ทางราบ ±8 mm + 1 ppm ทางดิ่ง ±15 mm + 1 ppm อธิบายเพิ่มเติมตัว ppm คือ part per million คือถ้าเราใช้หน่วยมิลลิเมตร 1 ppm = 1 มม. : 1 ล้านมม. (1 กม.) เป็นค่า error สมมุติว่า ระยะทางจาก RTK base station มายัง Rover station ห่างกันประมาณ 20 กม. error จะอยู่ที่ 20 x 1 มม. = 20 มม. ดังนั้น ±15 mm + 20 mm = ±35 mm
2.ระบบขับเคลื่อน
ระบบขับเคลื่อนจะมีอุปกรณ์ ESC (Electronic Speed Controller) ต่อกับมอเตอร์ โดยมีหน้าที่ควบคุมให้มอเตอร์หมุนเร็วหมุนช้า การขับเคลื่อนของเรือจะใช้มอเตอร์ (Brussless Motors) ที่ติดอยู่ใบจักรติดตั้งอยู่ใต้น้ำ รวมๆเรียกว่า Underwater thruster จะมีสองชุดที่กราบซ้ายและกราบขวา มอเตอร์กินกระแสไฟฟ้า 700 วัตตุ์ หมุนด้วยความเร็วสูงสุด 7000 รอบต่อนาที
3.ระบบการควบคุมเรือ
ระบบควบคุมเรือแบบแมนวลจะเป็นอุปกรณ์จำพวก RC transmitter and receiver ผ่านอุปกรณ์ที่เรียกว่ารีโมทคอนโทรลผ่านสัญญาณวิทยุ และมีการควบคุมอีกแบบเรียกว่าระบบควบคุมอัตโนมัติ (Autonomous) ที่ใช้โปรแกรมในการควบคุมให้เรือวิ่งไปตามเส้นทางที่กำหนดไว้เช่น waypoints
4.ระบบอุปกรณ์หยั่งน้ำ
อุปกรณ์สำหรับหยั่งน้ำแบบความถี่เดียว (Single beam Echo sounder) โดยติดตั้งตัวทรานสดิวเซอร์โผล่มาที่ใต้ท้องเรือออกมาเล็กน้อย เครื่องหยั่งน้ำใช้รุ่น D230 ของ CHCNav เองที่มีขนาดกระทัดรัดเล็กใช้ความถี่ 200 kHz หยั่งน้ำที่ความลึกอยู่ในช่วง 0.15 – 200 เมตร โดยมี accuracy ที่ ±0.01 m + 0.1% x D (D – ความลึก)
5.ระบบช่วยเหลือการขับเคลื่อน
ได้แก่กล้องแบบ 360 องศาที่ช่วยให้ผู้ควบคุมระยะไกลมองเห็นทัศนวิสัยรอบด้าน และมีอุปกรณ์จำพวกอุลตร้าโซนิคป้องกันการชนจากด้านหน้าโดยสามารถต้้งระยะทางที่ปลอดภัยได้ นอกจากนี้มีระบบ INS (Inertia Navigation System) ในกรณีไม่มีสัญญานดาวเทียม GNSS สามารถกำหนดทิศทางทำงานต่อไปได้ ในกรณีนี้เช่นเรือรีโมทไปทำงานลอดใต้สะพาน ที่จริงแล้วนิยามของ INS ก็คือ IMU ( Inertial Measurement Unit ) ที่มีการรวมชิปเซ็ต GNSS เข้าไปอยู่ด้วยนั่นเอง
6.ระบบพลังงาน
ใช้ระบบไฟฟ้ากระแสตรง DC ทั้งลำ ติดตั้งแบตเตอรีทั้งหมด 2 ลูก ขนาดลูกละ 40000 mAh 18.5 V ใช้งานครั้งละ 2 ลูกประมาณชุดละ 2 ชม. ระบบไฟฟ้านี้จะเลีัยงอุปกรณ์ทุกอย่าง ข้อได้เปรียบของเรือรีโมทเทียบกับโดรนคือสามารถขนของ (Payload) ได้มากกว่าเนื่องจากอาศัยแรงลอยตัวในน้ำ ไม่เป็นภาระกับกับระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ใบจักรมากนัก ส่วนโดรนอาศัยใบพัดยกน้ำหนักทั้งลำไปในอากาศ
7.ลำเรือ
แน่นอนอุปกรณ์ต่างๆที่กล่าวมาทั้งหมดถูกติดตั้งไว้ที่บนลำเรือรีโมท ที่มีความยาว 1.2 เมตร ความกว้าง 75 ซม. ความสูง 30 ซม. น้ำหนักเปล่าประมาณ 9 กิโลกรัม ทำด้วยวัสดุ Macromolecule polyester carbon fiber น้ำหนักรวมประมาณ 30 กก. ทำให้สามารถใช้คนยกคนเดียวได้หรือใช้คนยกสองคนได้สบายๆ สามารถเอาลำเรือติดตั้งแบบขวางได้บนรถกระบะหรือรถตรวจการณ์ได้
สถานีฐาน (Ground Control Station)
วันที่ทำเดโมเป็นวันที่ 31 มีนาคม 2566 กำลังจะเข้าเดือนเมษายนกับอากาศที่ร้อนระอุปรอทแทบแตก ทีมงานเดือนทางเข้าพื้นที่ประมาณ 11 น. แล้วเริ่มยกอุปกรณ์ของเรืออาปาเช่ 4 จากรถตรวจการณ์มาวางด้านนอกเพื่อตรวจเช็คลิสต์และความพร้อม จากนั้นเริ่มประกอบแบตเตอรีเข้ากับลำเรือโดยได้ใส่ไปเพียง 2 ลูกเท่านั้น
จากนั้นเปิดอุปกรณ์ต่างๆเช่นคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊คเพื่อเป็นสถานีฐาน (Ground control station) โดยตั้งโน๊ตบุ๊คที่ท้ายรถตรวจการณ์ สำหรับซอฟแวร์หลักๆที่ใช้ในการสำรวจครั้งนี้มี 2 โปรแกรมคือ Auto Planner สำหรับวางแผนเส้นทางการวิ่งสำรวจและควบคุมเรือสำรวจแบบ Autonomous และอีกโปรแกรมคือ HydroSurvey สำหรับการแสดงผลความลึกและ
ตรวจสอบสัญญาณของ RTK ตรวจสอบการหมุนใบจักรเปล่าๆ จากรีโมทคอนโทรล จากนั้นได้ยกเรืออาปาเช่ 4 ลงน้ำทะเล
สร้างเส้นแนวทางวิ่งเรือสำรวจ (Waypoints)
เนื่องจากพื้นที่สำรวจจะมีการถมทรายที่ได้จากการขุดลอก ทำให้ขอบเขตด้านหนึ่งมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอลักษณะเป็นหาดทรายและน้ำยังขึ้นลงตามธรรมชาติด้วย นอกจากนั้นพื้นที่บางส่วนยังมีเสา settlement plate ที่โยงด้วยเชือกเพื่อเป็นสมอให้เสาตั้งตรง ทำให้พื้นที่สำรวจนั้นมีอุปสรรคสำหรับเรือรีโมทพอสมควร
ทางทีมงาน CHCNav ใช้วิธีวิ่งเรือแบบแมนวลไปหาเสากลางน้ำแล้วมาร์คตำแหน่ง แล้วนำเรือรีโมทวิ่งเลาะหาดทรายเทียม ส่วนอีกสามด้านที่เป็นแกนหินนั้นไม่มีปัญหาเพราะมีขอบเขตที่แน่นอน จากนั้นทีมงานได้สร้างเส้นทาง waypoints ที่สถานีฐานผ่านโปรแกรม Auto Planner
เมื่อได้ waypoints แล้วก็สั่งเรือวิ่งสำรวจตามเส้นทาง ในระหว่างงานสำรวจสามารถมอนิเตอร์ตำแหน่งเรือได้ผ่านทางโปรแกรม Auto Planner และ ความลึกของ seabed ผ่านโปรแกรม HydroSurvey
เท่าที่สังเกตุดูเรือในขณะวิ่งหัวจะเชิดท้ายเรือจะกดลง อาการแบบนี้จะเรียกว่าเกิด Squat จะทำให้ความลึกลึกกว่าความเป็นจริง เนื่องด้วยบีมของคลื่นโซนาร์ไม่เป็นแนวดิ่ง ถ้าเป็นเรือสำรวจขนาดใหญ่ไม่มี IMU มาปรับแก้จะต้องมีการตรวจวัดอาการนี้เพื่อไปชดเชยภายหลัง เนื่องจากเรือรีโมทมีอุปกรณ์ INS ที่สามารถชดเชยอาการแกว่งได้
เวลา 13:45 น ได้ทำการเปลี่ยนแบตเตอรีของเรือและทำการสำรวจต่ออีกจนถึงเวลา 14:20 น ก็จบภารกิจ
ข้อดี
ดูที่โบรชัวร์จะเห็นว่าเรือรีโมทสามารถนำไปทำงานได้คนเดียวได้สบาย สามารถลดค่าใช้จ่ายได้มาก เทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิมที่จะต้องหาเรือสำรวจ ในกรณีในพื้นที่สำรวจมีอยู่แล้วจะต้องไปเช่า ในกรณีไม่มีเรือต้องขนเรือไปเอง ขับเอง
ข้อด้อย
สำหรับข้อด้อยของเรือรีโมท ไม่สามารถนำไปสำรวจทางทะเลได้ ในกรณีที่มีคลื่นลม คลื่นสูงตั้งแต่ 50 ซม.ขึ้นไปก็แย่แล้ว ส่วนแม่น้ำผมคิดว่าแม่น้ำที่มีกระแสน้ำไหลไม่แรงมากแบบแม่น้ำเจ้าพระยาในหน้าแล้งก็เหมาะสม แต่จะไม่เหมาะสำหรับแม่น้ำที่ไหลเชี่ยวเช่นแม่น้ำโขงที่มีเกาะแก่งและน้ำไหลเชี่ยว มีน้ำวนน้ำหมุนแรงมาก (จากประสบการณ์เคยสำรวจที่แม่น้ำโขงผ่านไปหลายเกาะแก่ง เคยเห็นน้ำวนเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 3-4 เมตร เรือสำรวจวิ่งเข้าไปใกล้ทำให้เสียวสันหลังวาบ)
ประมวลผล
หลังจากได้ข้อมูลเป็นเป็น raw data ข้อมูลที่ได้จะเป็นความลึกที่ยังไม่ได้ปรับแก้เข้าสู่ datum เป็นความลึกของน้ำที่ได้จากการวัดจาก Echo sounder ตรงๆ สำหรับงานทะเลจะมีน้ำขึ้นและน้ำลงตามธรรมชาติ การสำรวจด้วยเรือรีโมทใช้ระดับน้ำจากสถานีวัดระดับน้ำอัตโนมัติที่ทางไซต์งานผมได้ติดตั้งไว้อยู่แล้วโดยข้อมูลจะมีการส่งเข้าสู่ระบบคลาวด์และสามารถดาวน์โหลดข้อมูลมาได้ตลอดเวลาที่ต้องการ
ขั้นตอนการประมวลผลขั้นแรกจะเป็นงาน Data cleaning จะสแกนข้อมูลก่อนว่ามีจุดไหนที่เกิดการ spike หรือไม่ บางครั้งคลื่นโซนาร์ของ Echo sounder อาจจะสะท้อนที่วัสดุที่ลอยใต้น้ำหรือบางทีแม้กระทั่งฝูงปลา จะเป็นความลึกที่ error จะต้องมีการกรองออกหรือลบออก ดังนั้นโปรแกรมประมวลผลทั้งหลายจะต้องมีฟีเจอร์นี้เสมอ
ขึ้นตอนที่สองจะเป็นขั้นตอนการทำ Tide correction จากค่าระดับน้ำที่ได้จากสถานีวัดระดับน้ำที่ผมกล่าวไปแล้วข้างต้น ขั้นตอนที่ 3 ปรับแก้ความเอียงของเรือด้วย INS หรือ IMU ขั้นตอนสุดท้ายจะเป็นนำจุดข้อมูล (x,y,z) ไปสร้าง surface สร้างคอนทัวร์แล้วนำไปประมวลผลกับทางวิศวกรรมอื่นๆเช่นหาปริมาณ cut/fill ต่อไป
งานประมวลผลทางทีมงานของ CHCNav จัดให้ทั้งหมดตรวจสอบแล้วค่าออกมาถูกต้อง และผมได้รับยืนยันว่ามีการปรับแก้ความเอียงของเรือจาก INS/IMU ตามไดอะแกรมนี้
สำหรับการเดโมด้วยเรือรีโมท อาปาเช่ 4 ของ CHCNav ได้ผลเป็นที่น่าพอใจ สำหรับองค์กร ห้างร้าน บริษัท หน่วยราชการที่สนใจก็สามารถติดต่อไปเดโมได้ เห็นว่าได้ผลดีก็สามารถอุดหนุนกันได้ ทีมงานของ CHCNav บางคนผมรู้จักกัน ตั้งแต่ผมทำงานใหม่ๆเมื่อ 20 กว่าปีที่แล้ว ก็การันตีได้ถึงความเอาใจใส่ลูกค้าด้วยดีเสมอมา สำหรับการดีโมครั้งนี้ผมนำมาลงบล็อกโฆษณาให้ฟรีๆครับ โปรดติดตามบทความตอนต่อไปครับ
นึกถึง เฮลิคอปเตอร์ ครับพี่ แต่ตัวนี้ไม่ได้อยู่บนอากาศ
🙂