จากเรดาร์หาวัตถุระเบิด สู่เครื่องตรวจสภาพดิน (ตอนจบ)

ความเดิมตอนที่แล้ว(เทคโนโลยีชาวบ้านฉบับที่ 705)รองศาสตราจารย์ดร.เอกรัฐ บุญภูงา ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ หัวหน้าโครงการการพัฒนาระบบเรดาร์เพื่อการจัดทำแผนที่ใต้ดินสำหรับการเกษตร ได้อธิบายที่มาที่ไปรวมถึงวิธีการทำงานของเครื่องตรวจสภาพดิน เพื่อนำไปประเมินว่ามีดินดานอยู่ในพื้นที่เพาะปลูกมันสำปะหลังหรือไม่ เป็นการช่วยให้เกษตรกร “รู้เรา” ปรับปรุงที่ดินก่อนการเพาะปลูก ช่วยเพิ่มคุณภาพและผลผลิตของมันสำปะหลัง ด้วย “เทคโนโลยีเรดาร์ทะลุพื้นดิน” หรือ Ground Penetrating Radar (GPR)

เครื่องต้นแบบเรดาร์ทะลุพื้นดิน

หลักการทำงาน ใช้วิธีส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าลงไปใต้พื้นดิน และรอคลื่นที่สะท้อนกลับมา เอาคุณสมบัติของคลื่นที่สะท้อนกลับมาตีความสร้างเป็นภาพเพื่ออธิบายถึงคุณสมบัติของดิน โดยมีแนวคิดว่า การสะท้อนของคลื่นที่มีตัวกลางต่างกัน (ในกรณีนี้คือ ดินกับดินดาน) จะมีคุณสมบัติต่างกัน

ภาพใต้ดินที่ได้จะเห็นเป็นชั้นๆ ส่วนการระบุว่า เป็นดินดานหรือไม่นั้น ปัจจุบันนี้ยังไม่ถึงขั้นที่ผู้ใช้งานทั่วไปสามารถเห็นภาพและบอกได้ชัดเจนว่าคือ ดินดาน จำเป็นต้องมีผู้เชี่ยวชาญเอาสัญญาณมาประมวลผลให้ได้กราฟออกมา เป็นตัวเลขความถี่ตัวเลขหนึ่ง ณ ที่ความลึกเป้าหมาย โดยดินดานจะมีความถี่เฉพาะที่เป็นเอกลักษณ์ ความสามารถของเครื่องนี้ เน้นไปที่ชนิดของดิน ความหนาแน่นของดิน ตามหลักการที่ว่า ดินมีคุณสมบัติไม่เหมือนกันจะสะท้อนคลื่นต่างกัน เพราะฉะนั้นถ้าต้องการจะเพิ่มศักยภาพขยายขอบเขตของเครื่องนี้ให้กว้างขวางออกไป จะต้องเพิ่มฐานข้อมูลว่าต้องการตรวจสอบอะไรบ้าง แต่เบื้องต้นของงานวิจัยชิ้นนี้ จำกัดวงเพียงแค่ดินดาน และการออกแบบเครื่องจะคำนึงถึงผู้ทำการวิจัยให้ใช้งานง่ายได้ข้อมูลวิเคราะห์ก่อน จากนั้นจึงพัฒนาให้เกษตรกรใช้งานสะดวกต่อไป

มูลค่าของเครื่องต้นแบบมีราคาค่อนข้างสูง ภาคส่ง-ภาครับ เป็นตัวที่แพงที่สุด และเนื่องจากอุปกรณ์มีราคาสูง ผู้วิจัยเห็นว่าเกษตรกรไม่จำเป็นต้องมีเป็นของตนเอง ใน 1 อำเภอ อาจจะมี 1-2 เครื่อง ดังนั้น ความเป็นไปได้ที่เกษตรกรจะนำไปใช้งานจริง อาจจะเป็นรูปแบบการเช่าผ่านภาคเอกชน หรือมีบริษัทให้บริการประหนึ่งการตรวจสุขภาพดิน หรือถ้าภาครัฐจะเข้ามามีส่วนเกี่ยวข้อง อาจจะให้กรมพัฒนาที่ดินเป็นเจ้าของเครื่องเพื่อให้บริการ โดยเกษตรกรไม่จำเป็นต้องตรวจดินทุกวันทุกเดือนทุกปี เพราะเมื่อแก้ปัญหาดินดานได้แล้ว อาจจะเว้นไปอีก 2-3 ปี จึงตรวจสอบอีกครั้ง เปรียบเทียบกับตัวเราเองยังต้องหมั่นตรวจสุขภาพเป็นประจำทุกๆ ปี แล้วพื้นที่ที่เราใช้ทำมาหากิน จะไม่ดูแลรักษาปล่อยไปตามมีตามเกิดหรือ?

วิธีการใช้งานเครื่องต้นแบบ

ในเรื่องความแม่นยำของเครื่อง หากพิจารณาในมิติของระยะการส่งและการรับ สามารถกำหนดระยะห่างของการส่งคลื่นเมื่อเครื่องนี้เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่เป้าหมายได้ เช่น ทุกๆ 1 เซนติเมตร หรือทุกๆ 1 เมตร เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ยิ่งมีระยะห่างแคบมาก ทรัพยากรคือ คอมพิวเตอร์ที่ใช้เก็บข้อมูลก็ต้องทำงานหนักด้วย

ตัวอย่างเช่น ถ้ามีพื้นที่ปลูกมันสำปะหลังขนาดใหญ่ อาจจะกำหนดให้ส่งสัญญาณทุกๆ 5 เมตร แต่ทั้งนี้ต้องขึ้นอยู่กับการตั้งสมมุติฐานว่า วัตถุที่จะใช้ค้นหานั้น ควรจะใช้ระยะห่างเท่าไร เพราะหากห่างเกินไปและวัตถุนั้นมีขนาดเล็กกว่าช่วงระยะที่กำหนด อาจทำให้เครื่องนี้ตรวจจับไม่เจอ

ส่วนความแม่นยำในมิติการตีความว่าจะเป็นดินดานหรือไม่นั้น รองศาสตราจารย์ ดร. เอกรัฐ ให้ข้อมูลว่า ปัจจุบันยังมีข้อจำกัดเรื่องจำนวนการทดสอบ เครื่องนี้จะมีวิธีการเรียนรู้จากประสบการณ์เดิม หากมีจำนวนการทดสอบมากพอ เช่น เคยเจอลักษณะสัญญาณแบบนี้และตรวจสอบแล้วว่าเป็นดินดาน เครื่องจะบันทึกเก็บไว้ และเมื่อเจออีกครั้งก็จะสามารถระบุคุณลักษณะได้ ความแม่นยำจึงขึ้นอยู่กับปริมาณการเก็บข้อมูล คือยิ่งเยอะยิ่งแม่น หลักการคล้ายการรู้จำใบหน้า ที่ต้องมีภาพถ่ายในฐานข้อมูลจำนวนมากพอ จนเกิดเป็นเอกลักษณ์ที่จะทำให้เครื่องรู้จำใบหน้าได้

แนวตัดขวางหลุมดินพื้นที่ทดลอง

ผู้เขียนมีความเห็นว่า ถ้านำการคำนวณแบบคลาวด์ (cloud computing) มาใช้ โดยให้เครื่องเรดาร์ทะลุพื้นดินที่มีอยู่ทั้งหมด ส่งข้อมูลขึ้นไปเก็บไว้บนระบบคลาวด์เพื่อประมวลผล ถ้าเป็นดินดานจะมีคุณลักษณะแบบใด หรือถ้าเป็นแหล่งน้ำจะมีคุณลักษณะแบบใด เทคโนโลยีนี้ก็จะช่วยให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่อเกษตรกร สามารถบอกได้ว่าพื้นที่ที่จะเพาะปลูกนั้นมีลักษณะอย่างไร มีแหล่งน้ำเพียงพอหรือไม่

สำหรับข้อจำกัดอย่างหนึ่งของเครื่องในตอนนี้ที่คาดว่าสามารถแก้ไขได้ในอนาคต คือ การใช้งานยาก เพราะยังมีความจำเป็นต้องใช้ผู้รู้ ผู้เชี่ยวชาญ ตั้งค่าอุปกรณ์ให้เหมาะสมกับพื้นที่ แต่ต่อไปคงมีการพัฒนาออกแบบเพื่อให้แสดงผลที่ง่ายและสะดวกต่อผู้ใช้งานได้ดียิ่งขึ้น

ปรกติกรมพัฒนาที่ดินจะมีฐานข้อมูลดิน เป็นการสุ่มตรวจว่า พื้นที่แต่ละแห่งมีดินลักษณะอย่างไร แต่เครื่องนี้จะให้รายละเอียดมากกว่า เป็นแนวทางสู่การเกษตรแม่นยำสูง เพราะเกษตรกรจะได้ประโยชน์จากการรู้สภาพดินของตนเองอย่างถ่องแท้ มีงานวิจัยสนับสนุนว่า เมื่อเปรียบเทียบมันสำปะหลังกับพืชประเภทต่างๆ การดูแลดิน การให้น้ำที่เหมาะสม จะทำให้ผลผลิตของมันสำปะหลังดีขึ้นอย่างชัดเจน

ผู้วิจัยมีความฝันจะนำเครื่องนี้ไปติดตั้งบนโดรน แต่ยังมีความกังวลว่า เรื่องคลื่นไม่ใช่สิ่งที่จัดการได้ง่าย เวลาส่งคลื่นจะมีการสูญเสียของคลื่น เปรียบเสมือนการพูด คืออยู่ใกล้ได้ยิน อยู่ไกลไม่ได้ยิน การนำอุปกรณ์ไปติดตั้งบนโดรน คลื่นที่ส่งออกไปอาจจะยังไม่ได้ความลึกตามที่ต้องการ จำเป็นต้องมีการศึกษาทดลองอย่างต่อเนื่อง

เครื่องนี้มีศักยภาพนำไปประยุกต์เพื่อการหาแหล่งน้ำใต้ดิน ถ้าคลื่นสามารถลงไปได้ลึกเพียงพอ จะช่วยเรื่องบริหารจัดการน้ำได้ แก้ปัญหาของเกษตรกรปลูกมันสำปะหลัง ที่ไม่รู้ว่าจะมีน้ำบาดาลใต้ดินหรือไม่ การขุดเจอบ้างไม่เจอบ้างเป็นค่าใช้จ่ายมีต้นทุน แม้ยังไม่มีการทดสอบ แต่ผู้วิจัยเชื่อว่าโดยหลักการทำได้

รองศาสตราจารย์ ดร. เอกรัฐ บุญภูงา และทีมงานวิจัย

ภายนอกอาคารสำนักงานของทีมวิจัย เมฆครึ้มปกคลุมท้องฟ้า แสงแดดที่แผดจ้าเมื่อขาเข้ามาลดลงหายไปเกือบหมด บรรยากาศเหมือนฝนกำลังตั้งเค้า ผู้เขียนล่ำลา รองศาสตราจารย์ ดร. เอกรัฐ โดยหวังว่าจะได้กลับมาพบและพูดคุยเรื่องงานวิจัยดีๆ อีกครั้ง หากเกษตรกรหรือผู้สนใจต้องการสอบถามรายละเอียดข้อมูลเพิ่มเติม สามารถติดต่อได้ที่ [email protected]

ศัพท์คอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีสารสนเทศที่น่าสนใจ
คำศัพท์ : Cloud computing
ศัพท์บัญญัติ : การคำนวณแบบคลาวด์
ความหมาย : การประมวลผลแบบแบ่งปันทรัพยากรผ่านเครือข่าย

เอกสารแหล่งที่มา : ราชบัณฑิตยสถาน

บทความก่อนหน้านี้บีโอไอ หนุนเกษตรสมัยใหม่ ยกระดับการผลิตตั้งแต่ต้นน้ำถึงปลายน้ำ
บทความถัดไป“พิจิตร 2” พริกใหญ่พันธุ์ใหม่ เผ็ดน้อย ตอบโจทย์โรงงานผลิตซอสพริก