พัฒนาการของโทรศัพท์มือถือ

พัฒนาการเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ จากยุค 1G จนถึง 3G

20 กว่าปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีโทรศัพท์เคลื่อนที่ในประเทศไทย มีการพัฒนา มาอย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่การสื่อสารโดยใช้เสียงสนทนาเพียงอย่างเดียว มาจนถึงการรับ-ส่งข้อมูลในรูปแบบดิจิตอล ทั้งข้อความ เสียง และ วีดีโอ เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สาย ยังคงมีพัฒนาการต่อไป ไม่มีวันหยุดนิ่ง จวบจนปัจจุบันนี้ คนไทยกำลังก้าวข้ามไปสู่ยุค 3G ที่มีการสื่อสารรวดเร็ว สนทนาแบบเห็นหน้า ใช้งานอินเตอร์เน็ตได้ทุกที่ทุกเวลา บทความนี้ จะขอนำท่านกลับไปสู่ยุคเริ่มต้นของการสื่อสาร จนมาถึงยุค High-Speed โดยหวังเป็นอย่างยิ่งว่าผู้อ่านจะได้รับสาระไม่มากก็น้อย ...

จุดเริ่มต้นการสื่อสารไร้สายในประเทศไทย

จุดกำเนิดการสื่อสารไร้สายด้วยโทรศัพท์มือถือใน ประเทศไทย เริ่มขึ้นเมื่อเดือนกันยายน พ.ศ. 2529 เมื่อกรมไปรษณีย์โทรเลขได้อนุมัติคลื่นความถี่วิทยุให้กับองค์การโทรศัพท์ แห่งประเทศไทย หรือ บริษัท ทีโอที คอร์ปอเรชั่น จำกัด (มหาชน) ในปัจจุบัน เพื่อดำเนินธุรกิจการให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ระบบ NMT (Nordic Mobile Telephone) ความถี่ 470 เมกะเฮิร์ตซ์ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา วงการสื่อสารไร้สายในประเทศไทยก็มีการพัฒนาขึ้นมาเป็นลำดับ โดยมีผู้ให้บริการเพียงสองราย คือ องค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทย และ การสื่อสารแห่งประเทศไทย หรือ บริษัท กสท. โทรคมนาคม 

ผู้ให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ทั้งสองรายดำเนิน ธุรกิจไปได้ไม่นานก็ประสบปัญหาในเรื่องของงบประมาณ ความชำนาญในการดำเนินนโยบายทางการตลาด รวมถึงเครื่องลูกข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ในยุคแรกๆ ที่มีราคาแพง ทั้งสองหน่วยงานจึงตัดสินใจเปิดให้เอกชนเข้ามาประมูลสิทธิการให้บริการ โทรศัพท์เคลื่อนที่ภายใต้การดูแลของตน โดยให้เอกชนเป็นผู้ลงทุนสร้างเครือข่ายพร้อมกับโอนกรรมสิทธิอุปกรณ์เครือ ข่ายให้กับผู้รับสัมปทานไปดูแล จึงทำให้วงการโทรศัพท์เคลื่อนที่ในประเทสไทยมีการพัฒนาและเติมโตอย่างรวด เร็ว

วิวัฒนาการของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่

ยุคแรกเริ่มของการสื่อสารไร้สายในประเทศไทย กรมไปรษณีย์โทรเลขเลือกที่จะใช้ระบบ NMT ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ใช้กันในกลุ่มประเทศสแกนดิเนเวีย (นอร์เวย์ สวีเดน และฟินแลนด์) โดยใช้คลื่นความถี่ 450 เมกะเฮิร์ตซ์ แต่ในขณะนั้นคลื่นความถี่ 450 เมกะเฮิร์ตซ์ กรมไปรษณีย์โทรเลขได้จัดสรรไปให้ส่วนราชการและหน่วยงานของรัฐใช้ไปแล้วเป็น ส่วนใหญ่ จึงได้พิจารณาจัดสรรความถี่วิทยุในย่าน 470 เมกะเฮิร์ตซ์ โดยช่วงเวลานั้นยังไม่มีการผลิตโทรศัพท์มือถือออกจำหน่ายให้กับประชาชนทั่ว ไป จะมีเฉพาะเครื่องที่ติดตั้งในยานพาหนะ และ เครื่องชนิดหิ้ว (Portable Set) ต่อมาองค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทยได้เร่งให้บริษัทที่เกี่ยวข้องเร่งรัด พัฒนา และ ผลิตโทรศัพท์มือถือออกวางจำหน่าย แต่ก็ยังมีขนาดใหญ่ ราคาแพง และ อายุการใช้งานไม่ทนทาน

ด้วยข้อจำกัดหลายประการของระบบ NMT 470 เมกะเฮิร์ตซ์ ทำให้ กสท. หรือการสื่อสารแห่งประเทศไทย นำเอามาตรฐาน AMPS (Advanced Mobile Phone System) ที่ใช้ในสหรัฐอเมริกา มาเปิดบริการในประเทศไทยโดยใช้คลิ่นความถี่ 900 เมกะเฮิร์ตซ์ ซึ่งมีจุดเด่นที่โทรศัพท์มือถือมีขนาดค่อนข้างเล็ก ทำให้ประชาชนหันมานิยมใช้บริการกันมากขึ้น ในที่สุดองค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทย จึงได้ระงับการขยายโครงข่ายระบบ NMT 470 เมกะเฮิร์ตซ์ และหันมาใช้มาตรฐาน NMT 900 เมกะเฮิร์ตซ์ พร้อมเปิดให้บริษัทเอกชนเข้ามาร่วมลงทุน ซึ่งก็เป็นบริษัท แอดวานซ์ อินโฟร์ เซอร์วิส จำกัด (มหาชน) ที่ได้รับสัมปทาน ตั้งแต่ พ.ศ. 2533 เป็นต้นมา ภายใต้เครื่องหมายการค้า Cellular 900 โดยมีระยะเวลาสัมปทาน 20 ปี นอกจาก AIS แล้วก็ยังมี TAC หรือ บริษัท โทเทิ่ล แอ็คเซส คอมมูนิเคชั่น จำกัด (มหาชน) ได้รับสัมปทานจาก การสื่อสารแห่งประเทศไทย เป็นระยะเวลา 27 ปี และได้เริ่มดำเนินธุรกิจโทรศัพท์เคลื่อนที่ในระบบ AMPS 800 เมกะเฮิร์ตซ์ ภายใต้เครื่องหมายการค้า Worldphone 800

การเปลี่ยนแปลงเข้าสู่ยุคดิจิตอล

ระบบ NMT 900 เมกะเฮิร์ตซ์ ของ AIS กับระบบ AMPS 800 เมกะเฮิร์ตซ์ ของ TAC ต่างก็เป็นระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ในรูปแบบอะนาล็อก ซึ่งมีขีดจำกัดด้านเทคโนโลยีสมัยใหม่ ไม่สามารถตอบสนองลูกค้าที่มีอัตราการขยายตัวเพิ่มขึ้น จึงต้องมีการจัดสรรคลื่นความถี่เพิ่มเติม พร้อมกับการเปลี่ยนแปลงมาตรฐานเทคโนโลยีเครือข่าย และเริ่มนำระบบดิจิตอลเข้ามาแทนที่ระบบอะนาล็อก โดยทาง AIS ได้เริ่มนำระบบ GSM (Global System for Mobile Communication) คลื่นความถี่ 900 เมกะเฮิร์ตซ์ มาบริการใน พ.ศ. 2537 สำหรับลูกค้า Postpaid หรือชำระค่าบริการรายเดือน ภายใต้เครื่องหมายการค้า GSM Advance ส่วน TAC ก็มีการนำระบบ GSM 1800 เมกะเฮิร์ตซ์ มาแข่งขันเช่นกัน ภายใต้เครื่องหมายการค้า Worldphone 1800

เมื่อเทคโนโลยีมีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด สิ่งที่ตามมาก็คือฐานลูกค้าที่มีการขยายตัวมากยิ่งขึ้น อุปกรณ์โทรศัพท์มือถือก็มีราคาถูกลง ทำให้เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายแพร่กระจายไปทั่วภูมิภาค เพื่อเป็นการตอบสนองลูกค้าให้กับทุกกลุ่ม จึงเริ่มมีการนำระบบโทรศัพท์พร้อมใช้ (Prepaid) เข้ามาให้บริการ คือเป็นการจ่ายค่าบริการก่อนการใช้งาน หรือ แบบเติมเงิน โดย AIS ใช้เครื่องหมายการค้า One-2-Call ส่วน TAC ใช้เครื่องหมายการค้า Dprompt พร้อมกับเปลี่ยนเครื่องหมายการค้าจาก Worldphone เป็น DTAC นอกจากนี้โทรศัพท์เคลื่อนที่ในรูปแบบอะนาล็อกก็ค่อยๆ กลืนหายไป โดยผู้ให้บริการได้ระงับการขยายโครงข่าย และ ดึงลูกค้าให้หันมาใช้ระบบ GSM แทนที่ โดยอนุญาตให้ลูกค้าสามารถเปลี่ยนจากระบบเดิมมาใช้ระบบ GSM โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงหมายเลขโทรศัพท์

พ.ศ. 2544 คนไทยทุกคนก็ได้ใกล้ชิดและเข้าใจกันมากขึ้น เมื่อ TAO หรือ บริษัท ทีเอ ออเร้นจ์ จำกัด ได้เริ่มเข้ามาให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ในระบบ GSM 1800 เมกะเฮิร์ตซ์ โดยเปิดให้บริการทั้งในระบบ Postpaid และ Prepaid ภายใต้เครื่องหมายการค้า Just Talk ถึงแม้การเริ่มต้นให้บริการของ ออเร้นจ์ จะมีติดขัดเรื่องสัญญาณไม่ครอบคลุม แต่ก็มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง จนมีฐานลูกค้ามากยิ่งขึ้น แต่ก็ยังประสบปัญหาการขาดทุนจนบริษัทแม่ต้องขอถอนตัว และถ่ายโอนกิจการให้ บริษัท ทรู คอร์ปอเรชั่น จำกัด (มหาชน) ทำให้ปัจจุบันได้เปลี่ยนเครื่องหมายการค้าเป็น True อย่างที่เรารู้จักกัน

พ.ศ. 2545 กิจการร่วมการค้าไทยโมบาย ได้ถือกำเนิดขึ้นภายใต้ความร่วมมือระหว่าง บริษัท กสท. โทรคมนาคม จำกัด (มหาชน) กับ บริษัท ทีโอที คอร์ปอเรชั่น จำกัด (มหาชน) โดยเปิดให้บริการเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ในระบบ GSM 1900 เมกะเฮิร์ตซ์ รองรับลูกค้า 3 แสนเลขหมาย ซึ่งมีพื้นที่การให้บริการเฉพาะกรุงเทพมหานคร แต่สามารถนำไปใช้งานต่างจังหวัดได้ โดยมีสัญญาการใช้งานข้ามเครือข่าย กับ AIS ปัจจุบันดูเหมือนชื่อไทยโมบายจะหายไปจากคนไทย แต่ก็ยังคงดำเนินธุรกิจอยู่ และมีแผนที่จะเปิดบริการเครือข่าย 3G ในอนาคต

ต้นปี พ.ศ. 2546 บริษัท ฮัทชิสัน ซีเอที ไวร์เลส จำกัด ภายใต้ชื่อเครื่องหมายการค้า HUTCH ได้เข้ามาดำเนินธุรกิจโทรศัพท์เคลื่อนที่ในระบบ CDMA (Code Division Multiple Access)ความถี่ 800 เมกะเฮิร์ตซ์ ซึ่งได้รับสัมปทานจัดสรรคลื่นความถี่จาก บริษัท กสท. โทรคมนาคม จำกัด (มหาชน) โดยเน้นให้บริการด้านข้อมูล และ คุณภาพของสัญญาณที่ชัดเจน เริ่มต้นเปิดให้บริการ 26 จังหวัด ก่อนจะขยายสถานีฐานให้ครอบคลุมทั่วประเทศ โดยปัจจุบันได้เน้นบริการอินเตอร์เน็ตบรอดแบรนด์ภายใต้ชื่อ Hutch MBI และให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ทั้งในระบบ Postpaid กับ Prepaid ในปัจจุบัน บริษัท กสท. โทรคมนาคม จำกัด (มหาชน) ได้เข้ามามีบทบาทมากยิ่งขึ้น โดยเริ่มให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ในระบบ CDMA ภายใต้เครื่องหมายการค้า CAT CDMA พร้อมก้าวเข้าสู่ยุค 3G กับมาตรฐาน CDMA2000 1xEV-DO สามารถรับส่งข้อมูลในความร็ว 2 Mbps โดยมีค่าเฉลี่ยความเร็วมากกว่า 700 kbps

เข้าสู่ยุค 3G เครือข่ายไร้สายความเร็วสูง

เริ่มแรกของการสื่อสารไร้สายด้วยโทรศัพท์มือถือ โครงข่ายต่างๆ จะใช้เทคโนโลยีการรับ-ส่งข้อมูลในรูปแบบอะนาล็อก เพื่อให้ลูกค้าสามารถสนทนาด้วยเสียงเท่านั้น จนก้าวเข้าสู่ยุคที่ 2 ได้มีการนำเทคโนโลยีการรับ-ส่งข้อมูลในรูปแบบดิจิตอลเข้ามาแทนที่ ทำให้ลูกค้าสามารถใช้บริการได้หลายหลายขึ้น โดยเฉพาะการรับ-ส่งข้อความ และ ใช้งาน WAP ผ่านเครือข่าย GPRS เมื่อลูกค้ามีเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ รวมไปถึงความต้องการด้านเทคโนโลยี จึงได้มีการนำเครือข่าย EDGE เข้ามาใช้งานร่วมกับเครือข่าย GPRS จนเรียกได้ว่ามาสู่ยุค 2.75G ซึ่งเป็นยุคที่มีการใช้งานอินเตอร์เน็ตการอย่างจริงจัง รวมไปถึงการรับ-ส่งข้อมูล และ ข้อความทุกรูปแบบ

ขณะที่ทั่วโลกมีจำนวนผู้ใช้งานโทรศัพท์มือถือมาก ขึ้นเรื่อยๆ สหพันธ์โทรคมนาคมนานาชาติ (ITU - International Telecommunications Union) จึงเกิดโครงการพัฒนาการสื่อสารยุคใหม่ มีชื่อว่า IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) ผลสำเร็จของโครงการนี้ก็คือ มาตรฐานการสื่อสาร UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) ซึ่งเป็นการสื่อสารในยุคที่ 3 ปัจจุบันมีผู้ให้บริการเครือข่าย นำมาตรฐาน UMTS ไปใช้งานทั่วโลก

ด้วยความแตกต่างด้านคลื่นความถี่ของแต่ละประเทศ ทำให้มาตรฐาน UMTS ถูกนำไปปรับเปลี่ยนข้อกำหนดเพื่อให้เหมาะสมกับคลื่นความถี่ที่ใช้ในภูมิภาค ของตน และเป็นที่มาของเครือข่าย WCDMA ซึ่งเป็นเครือข่าย 3G ตามข้อกำหนดของมาตรฐาน UMTS มีความเร็วในการดาวน์โหลดข้อมูล สูงสุด 2 เมกกะบิตต่อวินาที หรือ เร็วกว่าเครือข่าย EDGE ที่ใช้ในปัจจุบันเกือบ 10 เท่า หลายคนยังคงมีข้อสงสัยเกี่ยวกับระบบ WCDMA กับ UMTS ว่ามีความแตกต่างกันอย่างไร อ่านมาถึงตรงนี้บอกได้เลยว่าทั้ง 2 ระบบมีมาตรฐานเดียวกัน สามารถใช้งานร่วมกันได้ แตกต่างกันตรงที่มา และ คลื่นความถี่ที่แต่ละประเทศจัดสรรใช้งาน

เครือข่าย 3G ในประเทศไทยจะแบ่งออกเป็น 2 ระบบใหญ่ๆ คือ ระบบ CDMA มีชื่อเรียกว่า CDMA2000 1xEV-DO กับระบบ GSM ก็คือ WCDMA ทั้ง 2 ระบบต่างก็มีความเร็วในการดาวน์โหลดข้อมูลสูงสุด 2 Mbps แต่เครือข่าย WCDMA สามารถพัฒนาให้รองรับเครือข่าย 3.5G ในมาตรฐาน HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) ซึ่งรองรับการสื่อสารด้วยอัตราเร็วสูงถึง 14 เมกะบิตต่อวินาที หรือเร็วกว่าการสื่อสารแบบ EDGE ถึง 36 เท่า และในไทยก็สามารถใช้เครือข่าย HSDPA ได้แล้ว จากการทำลองใช้งานบริเวณศูนย์การค้า Central World พบว่ามีความเร็วในการดาวน์โหลดอยู่ที่ 1376 Kbps ส่วนความเร็วในการส่งข้อมูลอยู่ที่ 236 Kbps ทั้งนี้ความเร็วในการทดสอบไม่ได้เป็นตัวเลขตายตัว สามารถมีความเร็วเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามจำนวนผู้ใช้งาน หรือช่วงเวลาในการเชื่อมต่อ

ประโยชน์ของเครือข่าย 3G ในมาตรฐาน WCDMA

• ลูกค้าสามารถเข้าถึงอินเตอร์เน็ตความเร็วสูง ได้สะดวกยิ่งขึ้น ปัจจุบันมีการใช้เทคโนโลยี Wi-Fi เพื่อใช้งานอินเตอร์เน็ตตามสถานที่ต่างๆ แต่ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่หลายด้าน ประการแรกก็คือจำกัดเฉพาะลูกค้าที่เข้าไปใช้บริการตามสถานที่นั้นๆ และเมื่อมีผู้ใช้งานจำนวนมาก ก็ทำให้การดาวน์โหลดล่าช้าลงไป เมื่อทียบกับค่าบริการและค่าใช้งานภายในสถานที่บริการนั้นๆ ถือว่ามีค่าใช้จ่ายมากพอสมควร แต่เมื่อมีเครือข่าย 3G ในโทรศัพท์มือถือ ลูกค้าก็ไม่จำเป็นต้องใช้ Wi-Fi อีกต่อไป ไม่ว่าจะพักผ่อนอยู่สถานที่ใด ก็สามารถเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตได้ทันที
• การรับ-ส่งข้อมูลความเร็วสูง ลูกค้าสามารถแนบไฟล์เพลงหรือวีดีโอไปพร้อมกับข้อความหรืออีเมล์และส่งออกไป ได้อย่างรวดเร็ว ผู้รับก้สามารถดาวน์โหลดข้อมูลมาจัดเก็บได้อย่างรวดเร็วเช่นกัน ถึงแม้ปัจจุบันจะสามารถทำได้บนเครือข่าย EDGE แต่ก็มีความล่าช้าอยู่พอสมควรทำให้ค่าใช้จ่ายในการเชื่อมต่อเครือข่าย EDGE แพงตามไปด้วย
• การสนทนาแบบเห็นหน้า (Video Telephony) และ การประชุมทางไกลผ่านวีดีโอ (Video Conference) ช่วยให้ลูกค้าสามารถสื่อสารได้พร้อมกันทั้งภาพและเสียงโดยจะเห็นหน้าคู่ สนทนาไปพร้อมกับเสียงสนทนา ถึงแม้การใช้งานจริงอาจมีความล่าช่าของภาพเล็กน้อยแต่ก็ยังถือเป็นจุดขายที่ น่าสนใจที่สุดของเครือข่าย 3G สำหรับโทรศัพท์มือถือที่รองรับการสนทนาแบบเห็นหน้า ก็มีวางจำหน่ายในประเทสไทยอยู่หลายรุ่น และเครือข่าย 3G ในไทยก้พร้อมแล้วสำหรับบริการนี้ เพียงแต่จำกัดใช้งานอยู่บางพื้นที่เท่านั้น
• การชมวีดีโอหรือโทรทัศน์แบบสดๆ ปัจจุบันมีโทรศัพท์มือถือที่รองรับ TV-tuner วางจำหน่ายอยู่ในไทยมากมาย โดยเป็นการส่งสัญญาณในรูปแบบอะนาล็อก ซึ่งคุณภาพของสัญญาณยังไม่มีความชัดเจน ยิ่งในบางพื้นที่ก็ไม่สามารถรับสัญญาณได้ครบทุกช่อง แต่เมื่อ 3G เข้ามา ลูกค้าก็สามารถรับชมโทรทัศน์หรือวีดีโอผ่านอินเตอร์เน็ตในรูปแบบดิจิตอล ซึ่งมีข้อดีคือสัญญาณภาพที่คมชัด และ รองรับโทรทัศน์ทั้งในและต่างประเทศ รวมไปถึงการชมวีดีโอในรูปแบบสตรีมมิ่งก็จะมีความรวดเร็วในการดาวน์โหลด
• ใช้งานร่วมกันได้หลายประเทศ มาตรฐานเครือข่าย WCDMA เป็นมาตรฐานเปิด (Open Standard) สามารถใช้บริการข้ามเครือข่าย (Roaming) ได้เช่นเดียวกับระบบ GSM และ สามารถนำไปใช้งานในต่างประเทศได้อีกด้วย แน่นอนว่าในประเทศที่จะนำไปใช้ต้องมีระบบ WCDMA เช่นเดียวกัน

นอกจากโทรศัพท์มือถือแล้ว ยังมีอุปกรณ์โมเด็มที่รองรับเครือข่าย 3G ด้วยเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็น Aircard หรือ USB Modem ลูกค้าสามารถหาซื้ออุปกรณ์ดังกล่าว แล้วใส่ซิมการ์ดในระบบ 3G เข้าไป เพื่อเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์หรือโน้ตบุ๊ค เข้าสู่อินเตอร์เน็ตได้อย่างสะดวกรวดเร็ว ตอบสนองลูกค้าที่เน้นใช้งานด้านข้อมูลเป็นหลัก เพราะคอมพิวเตอร์มีความสามารถมากกว่าโทรศัพท์มือถืออยู่หลายประการ ไม่ว่าจะเป็นเบราเซอร์ หรือ โปรแกรมดาวน์โหลด แต่ถ้าไม่ต้องการสิ้นเปลืองซื้ออุปกรณ์โมเด็มมาเพิ่มเติม ก็พิจารณาเลือกโทรศัพท์มือถือที่มีฟังก์ชั่นโมเด็มในตัวมาใช้งานได้เช่นกัน

อ้างอิงข้อมูล
หนังสือ คัมภีร์ เทคโนโลยีโทรศัพท์มือถือสู่ยุค 3G โดย อ.ไพโรจน์ ไววานิชกิจ 
PDC บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่รายที่ 3 โดย พลตำรวจตรี สุชาติ เผือกสกนธ์

รถยนต์แห่งอนาคต

มองเทคโนโลยีและสังคมไปกับรถยนต์แห่งอนาคต

รถยนต์ คือ พาหนะที่เป็นตัวชี้วัดความก้าวหน้าของสังคม ทั้งในด้านเทคโนโลยี พลังงาน และวิถีชีวิต รถไม่ได้ชี้วัดได้เพียงภาพปัจจุบันของสังคม แต่ยังสามารถทำนายถึงความเป็นไปใน “อนาคต” ด้วย นี่คืออีกหนึ่งภารกิจหลักของค่ายรถทั่วโลก (นอกจากการทำยอดขาย) ที่จะต้องค้นคว้าและพัฒนาเทคโนโลยีสุดล้ำเพื่อวาดภาพ “รถยนต์แห่งอนาคต” (Future Car) ให้ผู้คนมองเห็นว่า ในอีก 10 – 50 ปีข้างหน้า ความสัมพันธ์ของยานยนต์กับมนุษย์และสังคม…มันจะเป็นไปเช่นไร

ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา การพัฒนารถยนต์แห่งอนาคตต้องพึ่งพาเทคโนโลยีหลัก 3 อย่าง อันได้แก่ 
      1. พลังงาน ศักยภาพของรถยนต์แห่งอนาคตย่อมขึ้นอยู่กับพลังงานเป็นหลัก ซึ่งคำตอบสุดท้ายต่อไปจากนี้คงหนีไม่พ้น “พลังงานทางเลือก” ที่ต้องสะอาด เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ประหยัด และมีประสิทธิภาพสูง อาทิเช่น พลังงานไฟฟ้า ที่ทำให้เกิดรถยนต์แบบ Plug-in ที่จะเปลี่ยนโฉมปั๊มน้ำมันในโลกอนาคตให้เป็นสถานีจ่ายไฟโดยการเสียบปลั๊ก

แต่ละบ้านจะต้องมีแหล่งผลิตไฟฟ้าของตัวเอง โดยเฉพาะจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังลม ซึ่งเชื่อมโยงกับระบบไฟฟ้า “สมาร์ทกริด” (Smart Grid) ที่กำลังพัฒนากันอยู่ในหลายประเทศ (ที่เมืองไทยก็เริ่มแล้วในเชียงใหม่) นอกจากนั้นแล้ว ในอนาคตต่อไปยังอาจจะมีรถยนต์พลังงานไฮโดรเจน, รถยนต์พลังแรงดันอากาศ (ด้วยระบบบีบอัดแรงดันสูงที่ปล่อยอากาศมาขับเคลื่อนรถ เป็นพลังสะอาดที่ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม), รถยนต์ไฮบริดที่สามารถสลับระบบการใช้พลังงานได้หลายประเภท ออกมาเป็นทางเลือกเพิ่มเติมอีก

2. วัสดุ เพื่อการขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น รถยนต์ในยุคหน้าจะมองหาวัสดุใหม่ที่ทนทานขึ้นแต่มีน้ำหนักเบาลง เหล็กทั้งหลายจะถูกแทนที่ด้วย Duraluminum, Fiberglass, Carbon Nano Fiberglass ฯลฯ ในขณะที่กระจกรถ (Windshield) ก็จะเป็นเทคโนโลยีนาโน ซึ่งน้ำ ฝุ่น โคลน ไม่เกาะ และให้ทัศนวิสัยดีเยี่ยม

3. เทคโนโลยีการควบคุมรถ ขณะนี้มีการศึกษาและทดลองนำระบบคอมพิวเตอร์เข้ามาผสานกับโครงสร้างของถนนในรูปแบบใหม่ มันสามารถจัดระบบการจราจร เข้าควบคุมพวงมาลัย เกียร์ คันเร่ง ได้โดยข้อมูลที่ตั้งค่าไว้ ความก้าวล้ำทางเทคโนโลยีนี้จะส่งผลให้ท้องถนนในวันหน้ามีระบบระเบียบมากขึ้น ผู้คนเดินทางได้เร็วขึ้น ประหยัดพลังงาน แก้ปัญหารถติด ลดอุบัติเหตุ ฯลฯ โดยระบบนี้จะทำงานร่วมกับรถยนต์โรบอท (Robotic car) ที่ไม่พึ่งพาคนขับ (Driverless) ผู้ใช้รถสามารถผ่อนคลายหรือทำกิจกรรมอื่นไปในระหว่างเดินทางได้

การครอบครองและค่านิยมที่มีต่อรถ ข้อเท็จจริงคือ คนใช้รถราว 50% ของโลกอาศัยอยู่ในมหานครที่แออัด ปัญหาการจราจรที่หลีกเลี่ยงไม่ได้นี้ ทำให้การจะมีรถสักคันเป็นเรื่องที่ต้องคิดหนัก “เราอยากแค่มีรถใช้ หรือ อยากเป็นเจ้าของรถกันแน่นะ?” ซึ่งนี่เองคือที่มาว่าทำไมแนวคิด “รถยนต์ที่ไม่ต้องขับ” จึงฟังดูน่าอภิรมย์ และทำให้ความรู้สึก “อยากมีรถในครอบครอง” ของผู้คนลดน้อยลงเรื่อยๆ

คำถามที่ตามมาคือ แล้วบริษัทผู้ผลิตรถทั้งหลายจะรับกับกระแสนี้ได้ไหม? ที่เห็นคือ บริษัทรถยนต์หลายแห่งที่มีวิสัยทัศน์ ได้เริ่มคิดค้นและทดลองออกแบบรถยนต์ให้เป็น “มากกว่ารถ” โดยพวกเขาได้เพิ่มเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อทำให้รถคันหนึ่งสามารถนำเสนอ “ประสบการณ์และประโยชน์อื่นๆ” ให้กับผู้ใช้ด้วย อาทิเช่น การเป็นเลขาส่วนตัว ทั้งขับรถให้ จัดตารางงาน เชื่อมต่อไปยังความสะดวกสบายอื่นๆ (ผ่านอินเตอร์เน็ต) ไม่ว่าจะเป็นระบบนำทาง ระบบแจ้งจุดจอดรถที่สะดวก สาระบันเทิง ฯลฯ ภายใต้วิถีของการปฏิรูปเมืองและถนนที่จะเข้ามารองรับกับความเปลี่ยนแปลงเชิงเทคโนโลยีและพลังงานทางเลือกใหม่ๆ

อย่างไรก็ดี ก่อนที่จะก้าวไปไกลถึงโลกอนาคต ปัจจุบัน ก็มีกระแสความคิดอันหนึ่งที่เริ่มเปลี่ยนค่านิยมของผู้คนต่อ “รถ” ไปแล้วบ้าง นั่นก็คือแนวคิด “รถเช่าสาธารณะ” ที่สามารถเป็นตัวแทนของความอิสระและตัวตนที่แตกต่างไปพร้อมๆ กัน

ทุกวันนี้ หลายคนมองว่า การเป็นเจ้าของรถยนต์สักคันเป็นภาระราคาแพง ไอเดียของการแชร์รถยนต์ร่วมกัน (Car Sharing) จึงเป็นที่นิยมมากขึ้น เพราะฝ่ายผู้บริโภคยังรู้สึกได้ถึงอิสระในการเดินทาง แต่ในขณะเดียวกันก็ได้ความภาคภูมิใจที่มีส่วนร่วมเปลี่ยนแปลงสังคมด้วย (ค่านิยมใหม่ของผู้บริโภคที่เน้นการแบ่งปันมากกว่าการครอบครอง)

องค์กรที่ให้บริการ Car Sharing ในลักษณะนี้จะทำงานคล้ายกับบริษัทรถเช่ารถ แต่จะไม่ได้เป็นไปเพื่อการพาณิชย์ (ส่วนมากแล้วจะเป็นสมาชิกชุมชนบริหารจัดการกันเอง หรือดำเนินการโดยองค์กรไม่แสวงหาผลกำไร) โดยรูปแบบคือ มีเจ้าของรถในชุมชนนำรถออกมาให้คนเช่าใช้ แต่ไม่ได้มุ่งเน้นกำไรอื่นใดมากมายไปกว่า “การเปลี่ยนพฤติกรรมการใช้รถของคนในสังคม”

บริการเช่นนี้ถือเป็นกระแสใหม่ที่ไม่ได้มอบแค่ความประหยัดและสะดวก แต่ยังมีผลต่อสิ่งแวดล้อมในด้านการลดจำนวนรถยนต์ ลดปริมาณคาร์บอนที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศโลก ฯลฯ แม้จะแตกต่างจากวิถีความเปลี่ยนแปลงอันเป็นผลมาจากการพัฒนาซอฟแวร์สุดล้ำข้างต้น แต่สิ่งที่เป็นอยู่ในปัจจุบันนี้…ย่อมมีผลต่ออนาคตแน่นอน และนี่ก็อาจะเป็นจุดเริ่มต้นของ “ค่านิยมใหม่ในการบริโภค” ที่จะเปลี่ยนภาพลักษณ์ของคำว่า “รถ” ไปอย่างแน่นอนในวันข้างหน้า

อ้างอิงข้อมูล: http://en.wikipedia.org/wiki/Future_car_technologies

http://www.futurecars.com/

http://futureofcarsharing.com/

http://www.motorward.com/2012/01/future-car-usership-instead-of-car-ownership/

เรดาร์ (RADAR)

เรดาร์ได้พัฒนาขึ้นระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 2 เพื่อตรวจหาตำแหน่งและเส้นทางของเครื่องบินจากสถานีภาคพื้นดิน และใช้ในการนำทางในสภาพอากาศที่ไม่ดี RADAR ย่อมาจาก “Radio Detection And Ranging”เรดาร์เป็นระบบการตรวจวัดที่ต้องมีแหล่งของพลังงานที่มนุษย์สร้างขึ้น และส่งสัญญาณในช่วงคลื่นไมโครเวฟไปยังวัตถุเป้าหมายแล้ววัดความเข้มข้นของพลังงานที่กระจัดกระจายกลับ (Backscatter) ไปสู่เครื่องรับรู้ ซึ่งเป็นระบบการรับรู้แบบแอ็กทิฟ ดังนั้นการรับรู้หรือได้มาซึ่งภาพจากเรดาร์จึงสามารถถ่ายภาพได้ทั้งกลางวัน และกลางคืน ในทุกสภาพอากาศ ทะลุทะลวงเมฆได้

ระบบเรดาร์ถ่ายภาพในแนวเอียงซึ่งใช้สายอากาศที่ติดตั้งเชื่อมประจำที่บนเครื่องบินโดยชี้ไปทางวัตถุเป้าหมาย เรียกว่า เรดาร์มองข้าง (Side-Looking Radar : SLR หรือ Side-Looking Airborne : SLAR) ความละเอียดของเรดาร์ขึ้นอยู่กับขนาดของสายอากาศ ระบบเรดาร์จากห้วงอวกาศเริ่มขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1978 เมื่อสหรัฐอเมริกาได้ส่งดาวเทียม SEASAT และหลังจากนั้นก็มีการศึกษาระบบเรดาร์จากห้วงอวกาศโดยกระสวยถ่ายภาพจากเรดาร์ (Shuttle Imaging Radar : SIR) ต่อเนื่องตั้งแต่ปี ค.ศ. 1980 นอกจากนี้ได้มีการพัฒนาระบบเรดาร์บนดาวเทียมเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน เช่น ดาวเทียม ERS JERS ENVISAT RADARSAT และ ALOS เป็นต้น

ระบบการถ่ายภาพเรดาร์ประกอบด้วย เครื่องส่งสัญญาณ (Transmitter) เครื่องรับสัญญาณ(Receiver) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และคอมพิวเตอร์ เพื่อประมวลผลและบันทึกข้อมูล เครื่องส่งสัญญาณส่งพัลส์ของพลังงานไมโครเวฟเป็นช่วงเท่าๆ กัน และปรับระยะโดยจานตั้งฉากกับทิศทางคลื่นที่ลงสู่เป้าหมายเป็นมุมเอียง เมื่อคลื่นเรดาร์กระทบกับเป้าหมายสัญญาณจะกระจัดกระจายกลับไปยังเครื่องรับสัญญาณ ข้อมูลที่กระจัดกระจายกลับในแต่ละครั้ง ความเข้มของสัญญาณ เวลา และมุมที่ตกกระทบเป้าหมาย ที่ได้รับจากระบบรับรู้จะถูกคำนวณเพื่อบอกตำแหน่งของวัตถุเป้าหมาย ภาพเรดาร์ที่ประมวลผลจะเป็นความเข้ม (Strength) ของสัญญาณกลับซึ่งเป็นระดับความสว่างของภาพ

ภาพแสดงพื้นฐานของภาพเรดาร์

ที่มา : Lillesand, T.M. and Kiffer, R.W. (1994)

ภาพแสดงพื้นฐานของภาพเรดาร์

ที่มา : Lillesand, T.M. and Kiffer, R.W. (1994)

          การถ่ายภาพในแนวเอียงดังภาพเป็นแนวที่ตั้งฉากกับทิศทางการบิน ซึ่งเรียกว่า ทิศทางพิสัย(Range direction) ส่วนทิศทางของการบินเรียกว่า ทิศทางแอซิมัท (Azimuth direction) ดังนั้นความละเอียดของเรดาร์จึงประกอบด้วย 2 ทิศทาง ในบทนี้มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อที่จะนำเสนอภาพรวมของหลักการเบื้องต้นของเรดาร์ ซึ่งใช้เป็นพื้นฐานในการเข้าใจระบบเรดาร์ และปฏิสัมพันธ์เบื้องต้นของเรดาร์กับวัตถุเป้าหมายอย่างย่อ อันเป็นแนวทางที่จะศึกษาในรายละเอียดต่อไป เพราะในปัจจุบันข้อมูลจากดาวเทียมสำรวจโลกไม่ว่าจะเป็นข้อมูลจากดาวเทียม RADARSAT และ ALOS เป็นข้อมูลด้านระบบรับรู้แบบแอ็กทิฟ ถ้าหากปราศจากความรู้ความเข้าใจระบบเรดาร์ และปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นเรดาร์ แล้วการแปลตีความภาพจะไม่มีความถูกต้องเลย อย่างน้อยในส่วนนี้จะเป็นช่องทางหนึ่งที่ผู้สนใจมีความรู้พอสมควร ดังนั้นการนำเสนอในที่นี้จะแบ่งเป็น 2 เรื่องหลัก คือ พารามิเตอร์ของระบบ (System parameters) และพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมหรือพื้นที่เป้าหมาย (Environment/ Target parameters)1

1. สมการเรดาร์ (RADAR equation)

PR = พลังงานทั้งหมดที่รับ (Total power received)

PT = พลังงานที่ส่งออก (Power transmitted)

σ0 = การกระจายเรดาร์ต่อหน่วยพื้นที่ หรือสัมประสิทธิ์การกระจัดกระจาย (Radar scatter coefficient)

A = พื้นที่หน้าตัด (RADAR cross section)

G = อัตราการขยายจากสายอากาศ (Antenna gain)

R = ระยะทางแนวพิสัย (Range)

λ = ช่วงคลื่น (Wavelength)

จากสมการจะเห็นได้ว่ามีปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความเข้มของพลังงานที่กระจัดกระจายกลับ คือ พลังงานที่ส่งออกความยาวคลื่น ขนาดของสายอากาศรับสัญญาณ เรขาคณิตของการถ่ายภาพ เช่น ความกว้างของลำแสงมุมตกกระทบ และระยะทาง เป็นต้น

2. สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงคลื่นเรดาร์

ช่วงคลื่นเรดาร์เป็นช่วงคลื่นที่สูงกว่าคลื่นแสงสว่างและคลื่นความร้อน ซึ่งในทางเทคโนโลยีการรับรู้จากระยะไกล อยู่ระหว่าง 1 มิลลิเมตร ถึง 1 เมตร ซึ่งเป็นช่วงคลื่นไมโครเวฟ (ภาพที่ 3.58) และมักนิยมใช้ตัวอักษรที่เป็นมาตรฐานบอกช่วงคลื่น ตามภาพ เรียงลำดับจากสั้นไปยาว คือ แบนด์ Ka K Ku X C S L UHF และ P ซึ่งได้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแบนด์ต่างๆ กับความยาวคลื่นและความถี่

ภาพสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

ภาพแสดงความยาวคลื่น ความถี่ และตัวอักษรแบนด์เรดาร์

ที่มา : Henderson, F.M. and Lewis, A.J. (1998)

3. โพลาไรเซชัน (Polarization)

โพลาไรเซชัน หมายถึง ทิศทางการแผ่กระจายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งจะมีการกระจายทั้งแนวตั้งและแนวนอนโดยระบบเรดาร์สามารถที่จะส่งหรือรับสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศทางการแผ่กระจายทั้งแนวตั้ง (Vertical : V) และแนวนอน(Horizontal : H) เมื่อส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศทางการแผ่กระจายทางแนวนอน (H) และรับคลื่นการแผ่กระจายในแนวนอน (H) จะใช้สัญลักษณ์ HH ในทำนองเดียวกันก็มีการรับส่งเป็น HV VH และ VV ในทิศทางการแผ่กระจาย ทั้งนี้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นเรดาร์กับวัตถุสำหรับโพลาไรเซชันที่ต่างกันจะไม่เหมือนกันขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัตถุ

ภาพโพลาไรเซชัน

4. พิสัยและแอซิมัท (Range and Azimuth)

การถ่ายภาพเรดาร์เป็นแบบระบบการถ่ายด้านข้างและจะสะสมข้อมูลไปอย่างต่อเนื่อง มิติของการถ่ายภาพที่มีทิศทางไปตามแนวการบิน เรียกว่า แอซิมัท มิติของการถ่ายภาพที่ขวางแนวการบิน เรียกว่า พิสัย ขอบภาพที่ใกล้จุดตรงใต้เรดาร์ เรียกว่า ขอบพิสัยใกล้ (Near range edge) ส่วนขอบภาพที่ไกล เรียกว่า ขอบพิสัยไกล (Far range edge)

ภาพเรขาคณิตของเรดาร์จากเครื่องบิน

5. ความละเอียด

ความละเอียด หมายถึง ความสามารถของระบบที่จะแยกจากกันระหว่างวัตถุสองอย่างที่ใกล้กันในระบบเรดาร์ ความละเอียดจะกำหนดทั้งทิศทางตามพิสัย (ขวางแนวโคจร) และทิศทางตามแอซิมัท (ตามแนวโคจร) โดยมีรายละเอียดบางประการดังนี้

ทิศทางพิสัย

-  ความละเอียดตามแนวพิสัยของเรดาร์ช่องเปิดสังเคราะห์ (Synthetic Aperture Radar : SAR) ถูกกำหนดโดยเครื่องเรดาร์ที่สร้างขึ้นและหน่วยประมวลผล- ความละเอียดขึ้นอยู่กับความยาวของพัลส์ ความยาวพัลส์ที่สั้นจะให้ความละเอียดดีขึ้น- ข้อมูลเรดาร์จะถูกสร้างขึ้นจากข้อมูลที่ได้รับในแนวของพิสัยเอียง (Slant range) แต่เมื่อทำภาพจะถูกฉายลงในแนวพิสัยราบ (Ground range)

ทิศทางแอซิมัท

- ความละเอียดตามแอซิมัทถูกกำหนดโดยความกว้างของมุมลำแสงของแนวพื้นที่- วัตถุที่อยู่ใกล้กันสามารถแยกจากกันได้ จะต้องมีระยะทางในแนวแอซิมัทยาวกว่าความกว้างของลำแสงบนพื้นดิน- เรดาร์ช่องเปิดสังเคราะห์ได้ชื่อจากกระบวนการวิเคราะห์ทางตามแนวโคจร และต้องมีความละเอียดตามแนวโคจร น้อยกว่าความกว้างของลำแสง (Beam width) ที่ส่งออกจากสายอากาศส่งสัญญาณ

ความละเอียดของภาพเรดาร์กำหนดทั้งในทิศทางตามแนวโคจร และตามแนวความกว้างหรือขวางแนวโคจร

โดย    rR = ความละเอียดตามแนวพิสัย

rA = ความละเอียดตามแนวแอซิมัท

ภาพเซลล์ความละเอียด (Resolution cell)

6. ความสัมพันธ์ระหว่างมุมตกกระทบ (Incident angle) มุมก้ม (Depression angle) และมุมมอง (Look angle)

มุมตกกระทบ (θ)       หมายถึง มุมระหว่างคลื่นเรดาร์ที่ตกกระทบกับแนวดิ่งของพื้นผิวโลก

มุมก้ม (β)               หมายถึง มุมระหว่างแนวนอนกับแนวคลื่นเรดาร์

มุมมอง (ø)                หมายถึง มุมระหว่างแนวดิ่งกับคลื่นเรดาร์

ภาพแสดงความสัมพันธ์ระหว่างมุมมอง (ø) มุมก้ม (β) และมุมตกกระทบ (θ) เมื่อพื้นโลกเรียบ

7. มุมตกกระทบเฉพาะที่ (Local incident angle : LIA)

มุมตกกระทบเฉพาะที่ หมายถึง มุมระหว่างคลื่นเรดาร์ ที่ตกกระทบกับแนวตั้งฉากกับความลาดชันของพื้นที่ในกรณีที่พื้นที่มีความลาดชัน

ภาพ (ก) แสดงแบบจำลองระบบ (ข) มุมตกกระทบเฉพาะที่

8. พิสัยตามแนวเอียงและตามแนวราบ (Slant range and Ground range)

ตรงกันข้ามกับเครื่องวัดเชิงแสง (Optical sensor) เรดาร์จะถ่ายภาพในแนวเอียง ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นทิวทัศน์แนวเฉียง (Oblique perspective) การถ่ายภาพในลักษณะเช่นนี้เพื่อที่จะส่งพัลส์ให้มีปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิวโลกในระยะที่เพิ่มขึ้นจากสายอากาศเรดาร์ และได้พิสัยหรือระยะทางของภาพ พิสัยตามแนวเอียงเป็นระยะทางระหว่างเรดาร์กับหน่วยการสะท้อนบนพื้นผิว ซึ่งเป็นการวัดเวลาจากการส่งสัญญาณแรกจนกระทั่งรับสัญญาณกลับสู่เครื่องรับรู้ ข้อมูลดิบของเรดาร์ที่ทำการเก็บข้อมูลตามพิสัยแนวเอียง ซึ่งสามารถคำนวณได้จากความสัมพันธ์

SR     = พิสัยตามแนวเอียง

c      = ความเร็วของแสง

t         = เวลาระหว่างการส่งพัลส์ และรับสัญญาณกลับ

ผู้ใช้ต้องการข้อมูลที่แสดงข้อมูลตามแนวราบมากกว่าแนวเอียง ระยะทางตามแนวราบเรียกว่าพิสัยตามแนวราบ ซึ่งสามารถคำนวณเมื่อทราบมุมตกกระทบ (θ) ดังนี้

การประมวลผลภาพเรดาร์จึงจะต้องปรับแก้ข้อมูลในพิสัยตามแนวเอียง มาเป็นพิสัยตามแนวราบ

9. เรดาร์ช่องเปิดจริง และเรดาร์ช่องเปิดสังเคราะห์ (Real and Synthetic Aperture Radars: RAR and SAR)

ในช่วงเริ่มต้นการถ่ายภาพเรดาร์ ระบบเรดาร์เป็นการถ่ายภาพในแนวเฉียงจะเป็นเรดาร์ช่องเปิดจริงซึ่งมีสายอากาศ หรือจานรับส่งสัญญาณแบบติดแน่นบนเครื่องบิน การพัฒนาให้ได้ความความละเอียดดีขึ้นต้องมีสายอากาศขนาดใหญ่ และความยาวคลื่นลดลง ดังนั้นจึงเป็นปัญหาและอุปสรรคในการถ่ายภาพเรดาร์เป็นอย่างมากต่อมาได้มีการพัฒนาเรดาร์ช่องเปิดสังเคราะห์ขึ้นทำให้ลดปัญหาได้มาก ความแตกต่างของระบบเรดาร์ทั้งสองประเภทคือ วิธีการได้มาซึ่งความละเอียดด้านแอซิมัท (Azimuth resolution) ในการถ่ายภาพเรดาร์ไม่ว่าแบบใดความละเอียดในแนวพิสัยเอียงจะเหมือนกัน ส่วนความละเอียดในแนวแอซิมัทหรือแนวการบินจะแตกต่างกันระหว่างเรดาร์ช่องเปิดจริงกับเรดาร์ช่องเปิดสังเคราะห์ เรดาร์ช่องเปิดจริงรับสัญญาณในแนวแอซิมัทขึ้นอยู่กับขนาดของสายอากาศ หากต้องการความแยกชัดที่ละเอียดต้องใช้สายอากาศความมีขนาดใหญ่ขึ้น ส่วนระบบ SAR อาศัยการเคลื่อนที่ต่อเนื่องของสายอากาศและเก็บข้อมูลเป้าหมายหนึ่งๆ สะสมต่อเนื่องตามเวลาที่กำหนด แล้วจึงประมวลผลเพื่อกำหนดความละเอียดและใน SAR จะสังเคราะห์ความกว้างของลำแสงที่แคบ ดังนั้นระบบ SAR จะใช้สายอากาศสั้น และสามารถใช้ช่วงคลื่นที่ยาวขึ้นได้ ทำให้มีความละเอียดดีขึ้น

ภาพเรดาร์ช่องเปิดจริงและเรดาร์ช่องเปิดสังเคราะห์

ที่มา : Henderson, F.M. and Lewis, A.J. (1998)

10. การย่นระยะของภาพเรดาร์ (Foreshortening)

ลักษณะการย่นระยะในภาพเรดาร์คือ ปรากฏการถ่ายภาพที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุบนพื้นที่ในทิวทัศน์ที่มีความลาดเอียงหันหน้าเผชิญหน้าเรดาร์ได้ภาพหดสั้นกว่าความเป็นจริง ในลักษณะของการย่นระยะนี้คลื่นเรดาร์จะชนฐานของพื้นที่ก่อนส่วนยอด ลักษณะการย่นระยะจะได้ภาพสว่างกว่า การย่นระยะสูงสุดเมื่อความลาดชันของพื้นที่ตั้งฉากกับลำแสงของเรดาร์ในกรณีนี้มุมตกกระทบเฉพาะที่จะมีค่าเป็น 0 ผลก็คือทั้งส่วนยอดและส่วนล่างของพื้นที่จะถูกบันทึกภาพพร้อมกัน ดังนั้นจะมีตำแหน่งที่เดียวกัน สำหรับความลาดชันหนึ่งๆ ที่กำหนดให้ผลของการย่นระยะจะลดลงเมื่อเพิ่มมุมตกกระทบ ซึ่งมุมตกกระทบเฉลี่ยเข้าใกล้ 90 ํ ผลการย่นระยะจะถูกลบไปแต่จะปรากฏเงาแทนที่ ในการเลือกมุมตกกระทบมักจะมีการแลกเปลี่ยนหรือแทนที่กัน ระหว่างการปรากฏเงาและการย่นระยะ

ภาพการย่นระยะ

11. การวางทับ (Layover)

การวางทับ เกิดขึ้นเมื่อเครื่องรับรู้เรดาร์ได้รับพลังงานการสะท้อนกลับของวัตถุส่วนยอดก่อนการกลับของพลังงานสะท้อนของวัตถุส่วนฐาน ดังนั้นตำแหน่งของวัตถุส่วนยอดจะคลาดเคลื่อนจากตำแหน่งจริง โดยแสดงให้เห็นส่วนล่างของวัตถุก่อน ในทางพิสัยใกล้ของภาพถ่ายเรดาร์ การวางทับจะมากขึ้นเมื่อเรขาคณิตการมองภาพที่มีมุมตกกระทบต่ำ เช่น ภาพเรดาร์จากดาวเทียม

12. เงา (Shadow)

เงาของเรดาร์ แสดงถึง พื้นที่ที่ไม่ถูกกระทบโดยคลื่นเรดาร์ ดังนั้นพื้นที่ส่วนนี้เครื่องรับสัญญาณเรดาร์จะไม่ได้รับสัญญาณสะท้อนกลับเงาจะปรากฏเป็นสีดำในภาพเรดาร์ในภาพถ่ายเรดาร์ เงาจะเกิดขึ้นในทิศทางพิสัยด้านล่างด้านหลังของวัตถุที่สูง เงาเป็นตัวช่วยแสดงทิศทางการถ่ายภาพของเรดาร์ถ้าการพิมพ์คำอธิบายไม่สมบูรณ์หรือหายไป เงาในภาพเรดาร์ให้ข้อมูลเกี่ยวกับเรดาร์ได้หลายประการ เช่น การรบกวนของระบบ และสามารถใช้ประโยชน์ในภาพที่ละเอียดและวิเคราะห์ระบบ ข้อมูลเกี่ยวกับความสูงของวัตถุ และการตีความความสูงต่ำของพื้นที่ สามารถวิเคราะห์จากเงาภาพ

ภาพเงา

13. พาราแลกซ์ (Parallax) และ Radar Interferometry

ความแตกต่างของระยะทางของตำแหน่งเดียวกันของวัตถุที่ปรากฏในภาพเมื่อถ่ายซ้อนทับกันจากมุมถ่ายภาพที่ต่างกันเรียกว่า พาราแลกซ์ หากมีความแตกต่างกันมากภาพสามารถที่จะแสดงสามมิติได้เด่นชัดขึ้นพาราแลกซ์ของระบบ SAR มีด้วยกัน 3 ประเภท

– ถ่ายภาพที่ความสูงเท่ากันที่ตำแหน่งตรงกันข้าม มีพาราแลกซ์ = DP1 + DP2

– ถ่ายภาพในแนวดิ่งเดียวกัน แตกต่างความสูง มีพาราแลกซ์ = DP1 – DP2

– ถ่ายภาพทิศทางเดียวกันในแนวราบ แต่ระยะทางถึงวัตถุต่างกัน มีพาราแลกซ์ = DP1 – DP2

ภาพแสดงพาราแลกซ์ของภาพเรดาร์ทั้งสามประเภทดังกล่าว

ที่มา : Henderson, F.M. and Lewis, A.J. (1998)

จากพื้นฐานของระบบเรดาร์ เมื่อส่งสัญญาณจากสายอากาศไปสู่เป้าหมายและรับสัญญาณกลับใน SAR จะบันทึกข้อมูลในแต่ละครั้งที่รับสัญญาณกลับ คือ เวลา ความเข้ม และตำแหน่งของเครื่องรับ ซึ่งเรียกว่าเฟส (Phase) เมื่อเปรียบเทียบความแตกต่างของเฟสที่บันทึกสัญญาณกลับจากตำแหน่งเดียวกันในขณะที่มีการเคลื่อนที่สามารถที่คำนวณระยะทางที่แตกต่างได้ ในการได้มาซึ่งโมเดลความสูงเชิงพื้นที่นั้น จะเป็นการถ่ายภาพในพื้นที่เดียวแต่มีตำแหน่งที่ถ่ายภาพแตกต่างกัน ในการถ่ายภาพของเรดาร์อาจจะมีแนวการบินข้างเดียวกันหรือตรงกันข้าม 2 แนว ที่ความสูงเท่ากัน หรือมีตำแหน่งในแนวตั้งเดียวกัน แต่ความสูงของเครื่องบินต่างกัน โดยอาศัยความแตกต่างของเฟสเราสามารถคำนวณหาความแตกต่างของระดับพื้นที่ได้ ซึ่งเรียกว่า Differential Interferometry

14. Speckle

สัญญาณที่ถ่ายภาพเรดาร์เมื่อกระทบกับสภาพพื้นที่ที่หลากหลายมุมซึ่งขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบมุมตกกระทบเฉพาะที่ และอื่นๆ เมื่อรับสัญญาณกลับสู่เครื่องรับจะเกิดความแปรปรวนแบบสุ่มและมักจะมีลักษณะเป็นเม็ดหรือจุดในภาพเรดาร์ เรียกว่า Speckle

Speckle ในบางครั้งก็เป็นประโยชน์ที่ใช้ในการแปลตีความ ในกระบวนการกรองภาพมีวิธีการที่จะลบSpeckle ออกจากภาพซึ่งมีหลากหลายวิธี

          ในการวิเคราะห์ภาพถ่ายเรดาร์แล้วนอกจากพารามิเตอร์ของระบบแล้ว พารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมมีความจำเป็นอย่างยิ่ง เพื่อบูรณาการกับระบบเพื่อให้ได้มาซึ่งองค์ความรู้เพื่อเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างระบบเรดาร์กับสิ่งแวดล้อม ในที่นี้จะกล่าวถึงสิ่งแวดล้อมหรือเป้าหมายที่ควรศึกษาในเบื้องต้น คือ ความขรุขระของพื้นที่ (Roughness characteristics) คุณสมบัติไดอิเล็กทริก (Dielectric properties) ความเป็นเหลี่ยมและการเรียงตัวของเป้าหมาย(Angularity and Orientation of the target) ระยะห่างของเป้าหมาย (Target spacing) การทะลุทะลวงของสัญญาณ(Signal penetration) และการเน้นสัญญาณ (Signal enhancement)

1. ลักษณะของความขรุขระ

เมื่อพื้นผิวราบเรียบการสะท้อนของคลื่นเรดาร์จะเป็นแบบกระจกเงา (Specular reflector) คือ มีมุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อนพลังงานจะสะท้อนไปยังทิศทางอื่นไม่กลับไปยังระบบบันทึก เมื่อพื้นผิวเริ่มขรุขระขึ้นจะมีพลังงานบางส่วนสะท้อนกลับไปยังระบบ เมื่อความขรุขระมากการสะท้อนจะเป็นแบบแพร่กระจาย (Diffuse reflector)

ภาพแสดงลักษณะการสะท้อนคลื่นเรดาร์ที่พื้นผิวลักษณะแตกต่างกัน

ที่มา : Henderson, F.M. and Lewis, A.J. (1998)

         ความขรุขระของพื้นที่อาจมองได้หลายระดับ ได้แก่ ระดับจุลภาค (Microscale) ระดับกลาง(Mesoscale) และระดับมหัพภาค (Macroscale) ในระดับจุลภาคมักจะกำหนดความขรุขระของพื้นเทียบกับความยาวคลื่น ถ้าหากความแปรปรวนโดยเฉลี่ยของพื้นผิวน้อยกว่า 1/8 ของความยาวคลื่นถือว่ามีพื้นผิวเรียบ เช่น ระบบเรดาร์ L-band มีความยาวคลื่น 15 เซนติเมตร พื้นผิวที่ขรุขระ 2 เซนติเมตร ถือว่ามีพื้นผิวที่ราบเรียบ เป็นต้นการวิเคราะห์ในระบบเรดาร์ ถือว่าระดับจุลภาคเป็นระดับสีของภาพ (Image tone) ส่วนในระดับกลางเป็นระดับที่ถือว่าเป็นระดับความหยาบความละเอียดของภาพ (Image texture) ซึ่งเป็นสภาพที่พื้นที่ป่าไม้ที่มีความสูงของต้นไม้สูงต่ำเป็นกลุ่มๆ ทำให้การกระจัดกระจายกลับในบางส่วนมีความสว่างของภาพสูง บางส่วนเกิดเงาซึ่งถือว่าเป็นการจัดเรียงตัวที่ทำให้เกิดลายผิวที่หยาบ ในระดับมหัพภาคเป็นระดับที่สัมพันธ์กับสภาพพื้นที่ที่มีความลาดชันสูง หรือบริเวณภูเขาความลาดชันที่หันหน้าไปยังระบบบันทึกจะมีการกระจายกลับที่รุนแรง ความขรุขระเมื่อปรับเทียบกับความยาวคลื่นมีผลต่อองค์ประกอบของการสะท้อน และกระจัดกระจายกลับ หากมีความขรุขระมากการกระจัดกระจายกลับมากในทางตรงกันข้ามความขรุขระน้อยจะมีการสะท้อนไปทิศทางอื่น

2. คุณสมบัติไดอิเล็กทริก (Dielectric constant)

ค่าคงตัวไดอิเล็กทริก ของวัตถุบนพื้นโลกเมื่อแห้งจะมีค่าตั้งแต่ 3-8 โดยน้ำมีค่าคงตัวไดอิเล็กทริกประมาณ 80 สัญญาณเรดาร์จะถูกกำหนดโดยความชื้นที่อยู่ในดินและพืช การเพิ่มขึ้นของความชื้นทำให้ลดการทะลุทะลวงของคลื่นเรดาร์ วัตถุที่มีค่าคงตัวไดอิเล็กทริกสูง หรือมีความชื้นสูง จะมีการสะท้อนคลื่นเรดาร์สูง หรือมีแนวโน้มที่จะมีการสะท้อนกลับสูง ในกรณีของพื้นน้ำคลื่นเรดาร์ไม่สามารถผ่านทะลุทะลวงน้ำได้ และน้ำที่มีพื้นผิวราบเรียบจะสะท้อนคลื่นเรดาร์เป็นแบบกระจกเงา คือคลื่นไม่กลับไปยังระบบบันทึกจะมีความเข้มของคลื่นต่ำ หรือมีความสว่างของภาพต่ำ หรือสีภาพเป็นสีดำเข้ม ส่วนดินชื้นจะมีการกระจัดกระจายกลับของสัญญาณเรดาร์สูง

3. ความเป็นเหลี่ยมและการเรียงตัวของเป้าหมาย

ในบางครั้งเรียกว่า ตัวสะท้อนมุม (Corner reflectors) วัตถุขนาดเล็กอาจจะมีความสว่างมากในภาพเรดาร์ ซึ่งขึ้นอยู่กับการวางตัวของวัตถุ ตัวสะท้อนมุมที่สำคัญก็คือวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น ด้านข้างของอาคาร สะพานรวมกับความสะท้อนจากพื้นถนน เมื่อพื้นผิวของวัตถุสองชนิดทำมุมฉากกันและเปิดสู่เรดาร์ ทำให้เกิดตัวสะท้อนมุมสองหน้า (Dihedral corner reflector) ตัวสะท้อนมุมสองหน้าจะเกิดการสะท้อนกลับอย่างแรง เมื่อพื้นผิวทั้งสองตั้งฉากกับทิศทางของการส่งคลื่นเรดาร์ ความสะท้อนที่แรงที่สุดเกิดขึ้นจากตัวสะท้อนสามหน้า (Trihedral corner reflector) กรณีเช่นนี้เกิดขึ้นเมื่อพื้นผิวทั้งสามตั้งฉากกับทิศทางของการส่งคลื่นเรดาร์ ตัวสะท้อนมุมใช้ประโยชน์ในการบอกตำแหน่งนักวิจัยมักนิยมสร้างตัวสะท้อนมุมไว้เป็นจุดอ้างอิง

ภาพความเป็นเหลี่ยมและการเรียงตัวของเป้าหมาย

ที่มา : Henderson, F.M. and Lewis, A.J. (1998)

4. การกระจัดกระจายเชิงปริมาตร (Volume scattering)

การกระจัดกระจายเชิงปริมาตรเป็นการกระจัดกระจายที่มีความสัมพันธ์กับกระบวนการกระจัดกระจายหลายทิศทาง เช่น พืชพรรณที่หนาแน่น ประกอบด้วยความสูงความกว้าง และความยาว การกระจัดกระจายเชิงปริมาตรมีความสำคัญ เพราะว่ามันจะมีอิทธิพลต่อการกระจัดกระจายกลับ เรดาร์จะรับพลังงานกลับทั้งจากการกระจัดกระจายบนพื้นผิวดิน กิ่งไม้ ลำต้น ซึ่งถือว่าเป็นปริมาตรความเข้มของการกระจัดกระจายเชิงปริมาตรขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของปริมาตร (ความแปรปรวนของค่าคงที่ไดอิเล็กทริก) และลักษณะของระบบเรดาร์ (ความยาวคลื่นโพลาไรเซชัน และมุมตกกระทบ)

ภาพการกระจัดกระจายเชิงปริมาตร

5. การทะลุทะลวงของสัญญาณเรดาร์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สั้นมีพลังงานสูงกว่าคลื่นยาว ดังนั้นคลื่นสั้นมีปฏิสัมพันธ์ (Interaction) กับวัตถุมากกว่า จึงมีความสามารถทะลุทะลวงได้น้อยกว่าคลื่นยาว ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุน้อยกว่า คลื่นยาวจะสามารถทะลุทะลวงลงไปในวัตถุได้มากกว่าคลื่นสั้น ในตารางได้แสดงแบนด์เรดาร์ ความยาวคลื่น และความสามารถทะลุทะลวงลงไปในพื้นผิวของพื้นที่

แบนด์เรดาร์	ความยาวคลื่น (ซม.)
KXC S L P	135 10 25 50

6. การเน้นสัญญาณ

การที่จะเพิ่มการกระจัดกระจายกลับ หรือการเน้นสัญญาณนั้น ทำได้โดยลดความยาวคลื่นที่ส่งออกจากระบบและลดมุมตกกระทบ ในการลดความยาวคลื่นก็จะทำให้ความสามารถทะลุทะลวงลดลง หากต้องการศึกษาใต้พื้นผิวต้องให้คลื่นที่ยาวขึ้น ดังนั้นในการที่จะเน้นสัญญาณต้องมีวัตถุประสงค์ที่แน่ชัดว่าต้องการศึกษาอะไรดังเช่นกรณีที่ต้องการศึกษาพื้นที่น้ำท่วม ซึ่งมีพืชพรรณน้ำคลุมพื้นที่ หากใช้ X band จะให้ข้อมูลพืชพรรณเหนือน้ำ ถ้าใช้คลื่นยาวขึ้น เช่น L band จะได้ข้อมูลน้ำท่วม เป็นต้น

ที่มา : ตำราเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศศาสตร์