Surveyor Pocket Tools – Update เพิ่มโปรแกรมคำนวณสเกลแฟคเตอร์ (Line Scale Factor)

Surveyor Pocket Tools – Update เพิ่มโปรแกรมคำนวณสเกลแฟคเตอร์ (Line Scale Factor)

Today, GPS has thrust surveyors into the thick of geodesy, which is no longer the exclusive realm of distant experts. Thankfully, in the age of the microcomputer, the computational drudgery can be handled with software packages. Nevertheless, it is unwise to venture into GPS believing that knowledge of the basics of geodesy is, therefore, unnecessary. It is true that GPS would be impossible without computers, but blind reliance on the data they generate eventually leads to disaster.” วาทะของ  Jan Van Sickle (หนังสือ “GPS and GNSS for Geospatial Professionals, ปี 2001, หน้า 126) ผมถอดความคร่าวๆได้ว่า “ปัจจุบัน GPS ได้ผลักดันให้ช่างสำรวจเข้าไปอยู่ในความหนาแน่นของเรื่องจีโอเดซี ซึ่งไม่ใช่่เรื่องสำหรับผู้เชี่ยวชาญแต่เพียงผู้เดียวอีกต่อไป ต้องขอบคุณสำหรับยุคคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก งานคำนวณหนักสามารถจัดการได้ด้วยโปรแกรมประยุกต์ แต่อย่างไรก็ตาม เป็นการไม่ฉลาดที่จะคิดว่าการศึกษาพื้นฐานด้าน GPS จะไม่จำเป็น และก็เป็นจริงที่ว่าการคำนวณของอุปกรณ์ GPS เป็นไปไม่ได้เลยที่จะไม่ใช้คอมพิวเตอร์ แต่ความเชื่อมั่นอย่างมืดบอดในข้อมูลที่ (GPS) สร้างขึ้นมาจะนำไปสู่ความหายนะได้

โปรแกรม Line Scale Factor

  • เราทราบกันมาดีว่าแผนที่ในระบบพิกัดฉากเราไม่สามารถจะหลีกเลี่ยงความเพื้ยน (distortion) ไปได้ เนื่องจากที่เราพยายามแสดงลักษณะทางกายภาพของสิ่งของที่อยู่บนผิวโค้งบนทรงรีไปยังแผ่นระนาบแบบกระดาษ จำต้องใช้สเกลแฟคเตอร์ที่ไม่คงที่และแปรผันเป็นระบบมาช่วยในการแปลงเหล่านี้ ดังนั้นเราต้องมีวิธีการจัดการและใช้งานที่เหมาะสม โดยที่ไม่ทำให้ค่า error เกินกว่าที่จะยอมรับได้
  • Line Scale Factor คือโปรแกรมที่คำนวณค่าสเกลแฟคเตอร์เฉลี่ยโดยใช้ค่าระดับและค่าพิกัดของจุดเริ่มต้นและจุดปลาย กระบวนการคำนวณจะประกอบไปด้วยสองขั้นตอน
    1. ค่าเฉลี่ยของ Elevation scale factor (ESF) – จะคำนวณ ESF  ที่จุดเริ่มต้นและจุดปลาย รวมถึงคำนวณ ESF ที่จุดกึ่งกลางเส้นด้วย โดยใช้ค่าระดับเฉลี่ย การคำนวณหาค่าเฉลี่ยของ ESF จะเป็นการคำนวณในลักษณะเชิงเส้น (linear)
    2. ค่าเฉลี่ยของ Grid scale factor (GSF) – หลักการพิจารณาว่าจะใช้ค่าเฉลี่ยแบบใดให้ถือหลักการดังนี้
      • ถ้าเส้นยาวน้อยกว่า 1 กม. ใช้ Point scale factor ได้เลย (ใช้โปรแกรม “Point Scale Factor” ของผมที่ลงบทความมาก่อนหน้านั้นนี้ อ่านได้ที่ ลิ๊งค์ นี้)
      • ถ้าเส้นยาวมากกว่า 1 กม. แต่น้อยกว่า 4 กม. แนะนำให้หาค่าเฉลี่ย(หารสอง)จาก Point scale factor ที่จุดต้นทางและปลายทาง
      • ถ้าเส้นยาวมากกว่าหรือเท่ากับ 4 กม. แนะนำให้ใช้สูตรของ Simpson 1/6 มาช่วยหาค่าเฉลี่ย เพราะว่าไม่เป็นเชิงเส้น คือเส้นตรงระหว่างจุดสองจุดบนระนาบพิกัดฉาก เมื่อย้อนเอาไปเขียนลงบนทรงรีจะเป็นเส้นโค้งจีโอเดสิค (geodesic) ดังนั้นการคำนวณค่าเฉลี่ยจะให้น้ำหนักตรงกลางเส้นมากที่สุด (เพราะโค้งมากที่สุด) ลองดูสูตรด้านล่างจะเห็นว่าจุดต้นและจุดปลายให้น้ำหนักแค่หนึ่งส่วนในหกส่วน ส่วนตรงกลางให้ถึงสี่ส่วนในหกส่วน

average_scale_factor.png

ดาวน์โหลดและติดตั้ง

  • จะทำการดาวน์โหลดให้มองที่ด้านขวาดูตรงส่วน “ดาวน์โหลด (Download)” มองหา “Surveyor Pocket Tools” แนะนำให้ดาวน์โหลด build 480 ขึ้นไปเนื่องจากมีการแก้ไขบั๊กไปหลายจุด เมื่อดาวน์โหลดมาแล้วจะได้ไฟล์ zip แล้ว unzip ออกมาจะได้ไฟล์ setup นำไปติดตั้งได้ง่ายๆไม่กี่คลิก
  • หลังจากติดตั้งแล้วก็ให้เปิดโปรแกรม “Surveyor Pocket Tools” มองหาไอคอน “Line Scale Factor” แล้วดับเบิ้ลคลิกเพื่อเรียกโปรแกรมมารัน

python_2017-02-25_10-01-27

Surveyor Pocket Tools_2017-02-25_15-26-52.png

  • จุดมุ่งหมายของโปรแกรมนี้ เพื่อให้หาสเกลแฟคเตอร์ของเส้นตรงทำได้ง่าย แค่ป้อนค่าพิกัดและค่าระดับของจุดที่ 1 และจุดที่ 2 โปรแกรมจะคำนวณมาให้ทันที การประยุกต์ใช้สามารถนำตัวเลขนี้ไปใช้ในงานสนามได้ในกรณีที่งานอยู่บนระบบพิกัดฉาก UTM
  • หน้าตาของโปรแกรมถอดแบบมาจาก “Point Scale Factor” แต่ในที่นี้มีสองจุดคือจุดต้นทางและจุดปลายทาง ให้ป้อนค่าพิกัดและค่าความสูงของจุด ความสูงเลือกได้ว่าเทียบกับจีออยด์ (รทก.) หรือความสูงเมื่อเทียบกับทรงรี

โครงสร้างและส่วนประกอบ

  • ถ้ามองเผินๆเหมือนรกหูรกตา แต่จริงๆแล้วก็ไม่มีอะไร เริ่มจากตั้งระบบพิกัดให้ตรงก่อน แล้วกรอกข้อมูลจุดที่ 1 เข้าไปและตามด้วยจุดที่ 2 จากนั้นทำการคำนวณ อาจจะปักหมุดดูที่ google maps หรือไม่ก็ที่ google earth หรือถ้าต้องการเก็บค่าพิกัดก็คลิกได้ที่ไอคอนรูปหมุดเครื่องหมายบวกสีแดง

introduction_lsf.png

วิธีการใช้งาน

  • จุดพิกัดที่ยกมาเป็นตัวอย่างถือว่าเป็นกรณีศึกษา พื้นที่เป็นงานก่อสร้างมอเตอร์เวย์ช่วงใกล้ถนนบายพาสของนครราชสีมา เนื่องจากสเกลแฟคเตอร์มีค่าสูงมาก (มากขนาดกล้อง Total Station ยี่ห้อหนึ่งที่อั้นตัวเลข scale factor ไว้ที่ช่วง 0.9996 – 1.000400  คือไม่ยอมให้ป้อนเกินค่านี้ ก็ไม่ทราบว่าเหตุผลว่าทำไมต้องจำกัดตัวเลขไว้แค่นี้ )
  • จุดที่ 1 ชื่อ “MTW-01” N=1657451.026, E = 808709.698, Elevation = 222.461 m. (รทก.) จุดที่ 2 ชื่อ “MTW-02” N=1658811.819, E=828396.322, Elevation=247.844 m. (รทก.) ป้อนเข้าโปรแกรมดังรูปด้านล่าง เนื่องจาก Vertical Reference เป็นความสูง Orthometric height จึงไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน

Surveyor Pocket Tools_2017-02-25_16-03-14.png

  • คลิกคำนวณที่ไอคอนรูปลูกศรชี้ลง ได้ผลลัพธ์ดังนี้

  • ตัวเลขสามชุดที่เขียนวงด้วยสี่เหลี่ยมด้านล่างๆคือ
    • ค่าสเกลแฟคเตอร์ที่จุดที่ 1 ESF = 0.9999695936, GSF = 1.0007788866
    • จุดกึ่งกลาง ESF = 0.9999675791, GSF = 1.0008552790 จุดกึ่งกลางนี้ ESF ใช้ค่าระดับเฉลี่ยของจุด 1 และจุดที่ 2 มคำนวณ ส่วนค่า GSF ได้จากพิกัดกึ่งกลาง N = (1657451.026 + 1658811.819) / 2 = 1658131.423, E = (808709.698 + 828396.322) / 2 = 818553.010
    • และจุดที่ 2 ESF = 0.9999655645, GSF = 1.0009340710

  • ค่าเฉลี่ย ESF หาได้ง่ายๆเพราะมัน linear จับบวกกันแล้วหารด้วยสาม = (0.9999695936 + 0.9999675791 +0.9999655645) / 3 = 0.9999675791
  • ค่าเฉลี่ย GSF ต้องใช้สูตร Simpsons มาช่วยหาค่าเฉลี่ย = (1.0007788866 + 4*1.0008552790 + 1.0009340710) / 6 = 1.0008556789
  • ค่าเฉลี่ย Combined Scale Factor (CSF) = 0.9999675791 *  1.0008556789 = 1.0008232302 เราต้องการนั่นเอง สังเกตว่าค่าสูงมากๆ 1 กม. ระยะทางบนแผนที่จะเพื้ยนจากระยะทางราบบนพื้นโลก 0.823 เมตรหรือ 82.3 ซม.

 

ปักหมุดลงบน Google Earth

  • ลองปักหมุดดูกัน

 

  • เรื่องสเกลแฟคเตอร์ในงานสำรวจขนาดใหญ่ ที่แบบ drawing ออกแบบบนระบบพิกัดฉาก UTM เป็นเรื่องที่หลีกเลี่ยงไม่ใช่ไม่ได้ เพราะจะทำให้ตำแหน่งสิ่งปลูกสร้างผิดเพี้ยนไปจากแบบ drawing การใช้สเกลแฟคเตอร์ถึงจะยุ่งยากไปบ้าง แต่ถ้าเข้าใจก็สามารถประยุกต์ใช้ได้อย่างเหมาะสมกับครื่องมือสมัยใหม่เช่น GPS และเครื่องมือรุ่นเดิมๆเช่นกล้อง Total station

Low Distortion Projection

  • ถ้าไม่ใช่สเกลแฟคเตอร์ละ มีทางออกไหม มีครับ ซึ่งวิธีการจะเรียกว่า Low Distortion Projection (LDP) คือสร้างระบบพิกัดฉากขึ้นมาเฉพาะสำหรับพื้นที่ แล้วพยายามคุมให้ความเพี้ยนไม่เกินค่าที่กำหนด เช่น ±20 ppm  แต่ถ้าพื้นที่โครงการไม่ใหญ่มากเช่น 56 กม. x 56 กม. พอจะคุมให้ไม่ให้ความเพี้ยนเกิน ±5 ppm คือระยะทาง 1000 ม. ความเพี้ยนของระยะทางไม่ให้เกิน 5 mm ถ้าระยะทาง 100 เมตร ก็เพื้ยนได้ 0.5 มม. ซึ่งถ้าตั้งกล้อง total station สำหรับให้ตำแหน่งเสาเข็ม ในระยะทางไม่เกิน 100 เมตร สามารถให้ได้เลยเพราะความเพี้ยนครึ่งมิลมิเมตร ถือว่าน้อยมาก จนไม่ต้องนำมาคิด (บางครั้งตอนตั้งเป้าให้ตำแหน่งเสาเข็ม เป้าปริซึมยังโยกไปไม่ตั้งฉาก ยังมากกว่านี้) ทำให้หน้างานสนาม ทำงานได้สะดวก ไม่ต้องตั้งสเกลแฟคเตอร์ให้กล้อง สามารถวางผังได้เลย สำรวจเก็บรายละเอียดก็ทำได้ทันที
  • เรื่องนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ เป็นเรื่องเก่านานพอสมควร ในอเมริกาเองก็นำมาใช้กันนานแล้ว ลองค้นหาในเน็ตด้วยคึย์เวิร์ดคำว่า “low distortion projection ldp” จะเห็นผลลัพธ์เกี่ยวกับเรื่องนี้ออกมากมายครับ ตอนหน้าผมจะนำเสนอการใช้วิธีนี้กันดูและผมพยายาม implement ด้วยการเขียนโปรแกรมมาช่วย แต่พบว่ามันมีอะไรที่มากกว่าที่คิด ติดตามกันต่อไปครับ

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *