มนษยกบเทคโนโลยMan and Technology

เทคโนโลยอวกาศและภมสารสนเทศกบการพฒนา

ผสอน ผศ.ดร.ทรงกต ทศานนท สาขาวชาการรบรจากระยะไกล สานกวชาวทยาศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

1

หวขอการสอน

1. เทคโนโลยอวกาศ (Space technology) 1.1 ความหมายและประเภท 1.2 พฒนาการของเทคโนโลยอวกาศ 1.3 แนวการประยกต

2. เทคโนโลยภมสารสนเทศ (Geoinformatics technology) 2.1 ความหมายและองคประกอบทวไป 2.2 พฒนาการของเทคโนโลย Remote Sensing 2.3 แนวการประยกต

2

3

วตถประสงค

1. ทราบความหมายและองคประกอบของเทคโนโลยอวกาศ/ภม

สารสนเทศ

2. ทราบพฒนาการของเทคโนโลยอวกาศ/เทคโนโลย Remote Sensing

3. ทราบแนวการประยกตเทคโนโลยอวกาศ/เทคโนโลยภมสารสนเทศ

1. เทคโนโลยอวกาศ1.1 ความหมายและประเภท

เทคโนโลยอวกาศ คอ ...

“การประยกตวทยาการทางวทยาศาสตรและวศวกรรมศาสตรเพอ การสารวจ

อวกาศ และ การใชประโยชนจากอวกาศ (เพอมนษยและโลก)”

The systematic application of engineering/scientific disciplinesto the exploration and utilization of outer space.

4

เชนอะไรบาง

ดาวเทยม (satellite) ยานสารวจอวกาศ(space probe)

สถานอวกาศ (space station) ยานขนสงอวกาศ (space shuttle)กลองโทรทศนอวกาศ (space telescope) ชดอวกาศ (space suit)

แตวาไมใช ...

จานรบสญญาณดาวเทยม (satellite dish) กลองดดาวภาคพนดน (ground-based telescope) เครองกาหนดพกดบนผวโลก (GPS receiver)

5 6

ตวอยางความสาเรจของเทคโนโลยอวกาศ (Moon Landing)

7

Organization Nation Begin1 The National Aeronautics and Space Administration NASA US 1958

2 The National Oceanic and Atmospheric Administration NOAA US 1970

3 The European Space Agency ESA EU 1975

4 The Russian Federal Space Agency FKA Russia 1992

5 The Indian Space Research Organization ISRO India 1969

6 The China National Space Administration CNSA China 1993

7 Japan Aerospace Exploration Agency JAXA Japan 2003

8 Geo-Informatics and Space Technology Development Agency GISTDA Thai 2000

8

9

หองควบคมการปฏบตการของ NASA ทเมอง Houston มลรฐ Texasประเภทของเทคโนโลยอวกาศ

1. เทคโนโลยการเดนทางไปสอวกาศและกลบจากอวกาศสผวโลก

2. เทคโนโลยเกยวกบยานสถานเพอการปฏบตงานในอวกาศ

3. เทคโนโลยเกยวกบการดารงชวตและการทางานของมนษยในอวกาศ

4. เทคโนโลยเกยวกบอปกรณตรวจวดททางานในอวกาศ

5. เทคโนโลยการเดนทางในหวงอวกาศและการสารวจดวงดาวอน

10

1. เทคโนโลยการเดนทางไปสอวกาศและกลบจากอวกาศสผวโลก

การเดนทางไปสอวกาศ (space launch) ประกอบดวย

1. ยานสถาน (spacecraft) และ

2. จรวดขบดน (propelling rocket) - ยคแรกพฒนามาจาก จรวด V2

การเดนทางกลบจากอวกาศสผวโลก (reentry) ประกอบดวย

1. ยานสถาน (spacecraft) และ

2. ระบบลงจอดอตโนมต (automatic landing system)

11 12

13 14

15 16

17 18

19

2. เทคโนโลยเกยวกบยานสถานเพอการปฏบตงานในอวกาศ

เทคโนโลยเกยวกบ ยานสถาน (spacecraft) ทสาคญ ประกอบดวย

1. ดาวเทยม (satellite) - มจานวนมากทสดในอวกาศ

2. ยานบรรทกอวกาศ (space capsule) - อาท ยาน Gemini, Apollo

3. ยานสารวจอวกาศ (space probe) - อาท ยาน Viking, Cassini, Voyager

4. สถานอวกาศ (space station) - อาท Skylab, MIR, ISS

5. ยานขนสงอวกาศ (space shuttle) - อาท Discovery, Challenger

6. กลองโทรทศนอวกาศ (space telescope) - อาท Hubble (แสงขาว)

20

ยานสถาน อาจแบงออกไดเปน 2 กลมหลก คอ

1. ยานทควบคมโดยมนษย (manned spacecraft) อาท

1.1 ยานบรรทกอวกาศ 1.2 สถานอวกาศ

1.3 ยานขนสงอวกาศ

2. ยานทควบคมแบบอตโนมต (unmanned spacecraft) อาท

2.1 ดาวเทยม 2.2 ยานสารวจอวกาศ

2.3 กลองโทรทศนอวกาศ

21

23 24

ดาวเทยม (satellite)

เปนยานสถานทโคจรรอบโลกเปนวงร (เกอบเปนวงกลม) แบงออกไดเปน

1. ดาวเทยมวงโคจรตา (Low Earth Orbit: LEO/Near Earth Orbit: NEO)

(ประจาทความสง ~ 200-2000km) - โคจรรอบโลกวนละหลายรอบ

2. ดาวเทยมวงโคจรสถต (Geo-stationary Orbit: GEO)

(ประจาทความสง ~ 35,800 กโลเมตรเหนอเสนศนยสตร)

ดาวเทยมวงโคจรสถต (GEO) โคจรรอบโลกวนละ 1 รอบ ดวยอตราเรวเทากบ

อตราการหมนรอบตวเองของโลก ทาใหมน ดเหมอนหยดนง บนทองฟา 25 26

หากจาแนกตาม วตถประสงคการทางาน อาจแบงดาวเทยมออกไดเปน

1. ดาวเทยมสอสาร (Telecommunication satellite) - มกเปน GEO

2. ดาวเทยมสารวจอวกาศ (Space observation satellite) - มกเปน LEO

3. ดาวเทยมสารวจพนผวโลก (Land/ocean observation satellite) - มกเปน LEO

4. ดาวเทยมสารวจบรรยากาศ (Atmosphere observation satellite) – LEO/GEO

5. ดาวเทยมนาทาง (Navigation satellite ) - สาหรบระบบ GPS

6. ดาวเทยมสอดแนม (Reconnaissance satellite) - มกเปน LEO

27 28

ตวอยางดาวเทยมสอสารและโทรคมนาคม

29 30

ตวอยางดาวเทยมสารวจอวกาศ SOHO

31

ตวอยางดาวเทยมสารวจพนผวโลก Landsat-7

32

ตวอยางดาวเทยมสารวจบรรยากาศ UARS

3. เทคโนโลยเกยวกบการดารงชวตและการทางานของมนษยอวกาศ

เกยวกบยานสถาน (spacecraft) ประกอบดวย

1. ระบบสนบสนนการดารงชวตทวไป

2. ระบบความปลอดภยและการแกปญหาฉกเฉน

3. ระบบสนบสนนการปฏบตการในอวกาศ

เกยวกบตวมนษยอวกาศ (astronaut) ประกอบดวย

1. ทกษะในการดารงชวตในอวกาศ

2. ทกษะในการปฏบตภารกจในอวกาศ

33 34

35

Christa McAuliffe

36

37 38

4. เทคโนโลยเกยวกบอปกรณตรวจวดททางานในอวกาศ

เกยวกบ อปกรณปฏบตการในอวกาศ ทสาคญประกอบดวย

1. อปกรณตรวจวดจากระยะไกล (remote sensor) - เชน เครองกวาดภาพ

2. อปกรณตรวจวดระยะใกล (in situ sensor) - เครองตรวจวดรงสในยาน

3. อปกรณการทดลอง (experimental set) - เชน การทดลองวทยาศาสตร

39 40

5. เทคโนโลยการเดนทางในหวงอวกาศและการสารวจดวงดาวอน 1. การเดนทางในอวกาศ (space travel) ประกอบดวย

1.1 ยานสถาน (spacecraft)

1.2 ระบบนารอง (navigation system)

2. การสารวจดวงดาวอน (planetary survey) ประกอบดวย

2.1 ยานสถาน (spacecraft) - เชน Pioneer 10/11, Voyager 1/2, Viking 1/2

2.2 ระบบหรออปกรณสารวจ (exploring system or device)

41 42

43 44

45

ยานอวกาศ Star Trek-Enterprise 1.2 พฒนาการของเทคโนโลยอวกาศ

46

ป ค.ศ. พฒนาการ ประเทศ

1957 ดาวเทยม Sputnik-1 และ Sputnik-2 (สนขอวกาศ Laika) USSR1958 ดาวเทยม Explorer-1 และการกอตงองคการ NASA USA1959 Corona Project (1959-1972) (ความละเอยดภาพ 2-7

เมตร)USA

1960 ดาวเทยมสารวจสภาพอากาศ Tiros-1 เรมทางาน USA1961 นกบนอวกาศคนแรก (Yuri Gagarin) บนยาน Vostok-1 USSR1961 โครงการ Apollo (เพอสงมนษยไปลงดวงจนทร) USA1969 มนษยลงสารวจดวงจนทรเปนครงแรก โดยยาน Apollo-11 USA

47 48

49 50

51

โครงสรางของดาวเทยมสอดแนม Corona

53

ภาพถายตก Pentagon ค.ศ. 1967 จากดาวเทยมสอดแนม Corona

54

55 56

57 58

59 60

61

ป ค.ศ. พฒนาการ ประเทศ

1970 ยานสารวจอวกาศ “Venera-7” ลงสพนผวดาวศกร USSR1971 สถานอวกาศ “Salyut-1” เรมทางาน USSR1971 ยาน “MAR-3” ลงสพนผวดาวองคารเปนครงแรก USSR1972 ยาน Pioneer-10 เรมการเดนทางสารวจอวกาศ USA1972 ดาวเทยม Landsat-1 (ความละเอยดภาพ 80 เมตร) USA1973 สถานอวกาศ Skylab (1973-1979) USA1976 ยานสารวจอวกาศ “Viking1/2” ลงสพนผวดาวองคาร USA1977 ยาน “Voyager1/2” ออกเดนทางเพอไปสารวจดาวองคาร

และดาวพฤหสบดUSA

62

63 64

ภาพถายดาวพฤหสบด จากยาน Voyager-2

65 66

67 68

69 70

ป ค.ศ. พฒนาการ ประเทศ

1981 ยานขนสงอวกาศ Columbia (STS-1) USA1986 สถานอวกาศ “Mir” (1986-2002) USSR1998 สถานอวกาศนานาชาต (International Space Station: ISS) -1999 ดาวเทยม IKONOS (ความละเอยดภาพ 1 เมตร) USA2003 นกบนอวกาศ Yang Liwei และยาน Shenzhou 5 China2008 ดาวเทยม THEOS (ความละเอยดภาพ 2 เมตร) THL

71 72

73 74

75

ตวอยางดาวเทยมสารวจพนผวโลก THEOS1.3 การประยกตเทคโนโลยอวกาศ

1.3.1 การสารวจจกรวาล (Universe exploration) - อาท ดาวเคราะห กาแลกซ

1.3.2. การสารวจโครงสรางและองคประกอบของโลก (Earth exploration)

1.3.3 การสอสารโทรคมนาคม (Telecommunication)

1.3.4 การทดลองทางวทยาศาสตร (Scientific experiments)

1.3.5 การตรวจหาขอมลทางทหารและความมนคง (Military/security data)

76

77

Hubble Space Telescope (HST)

78

Eagle Nebula in 1995 (เรยกวา“Pillars of Creation”)

2. เทคโนโลยภมสารสนเทศ (Geoinformatics Technology)

2.1 ความหมายและองคประกอบทวไป

ภมสารสนเทศ = ภม (โลก) + สารสนเทศ (ขาวสาร)

ความหมายทวไปของ เทคโนโลยภมสารสนเทศ คอ ...

“วทยาการดาน การตรวจวด และ การจดการขอมลเชงพนท (spatial data)

สาหรบการศกษาโครงสรางและองคประกอบของโลก”

79

องคประกอบหลก 3 สวน ของ เทคโนโลยภมสารสนเทศ คอ

1. ระบบการตรวจวดและบนทกขอมลเชงพนท (Measuring/recording systems)

1.1 ระบบการตรวจวดจากระยะไกล (Remote sensing system: RS)

1.2 ระบบการตรวจวดในจดพนท (In-situ measuring system) - เชน GPS

2. ระบบการปรบแกและประมวลผลขอมล (Data correction/processing system)

3. ระบบประยกตขอมลสาหรบการปฏบตงาน (Data application system)

3.1 ระบบสารสนเทศภมศาสตร (Geographic Information System:

GIS)

80

81

โครงสรางการทางานของเทคโนโลยภมสารสนเทศ

แหลงขอมลเปาหมาย อปกรณตรวจวด

82

การจดเกบ/ทาฐานขอมลการประมวลผลขอมล

การปรบแกขอมล

การประยกตขอมล

83

ประเภทของการตรวจวดจากระยะไกล

แบงตาม เปาหมาย ของการตรวจวด ออกไดเปน

1. Space-bound RS- ด อวกาศ เปนหลก อาท กลองโทรทศนอวกาศ2. Earth-bound RS- ด โลก เปนหลก อาท ดาวเทยมสารวจโลก

แบงตาม ระยะปฏบตการทวไป ของระบบตรวจวด ออกไดเปน

1. Far-range RS (> 100km) - อาท ดาวเทยมสารวจโลก2. Medium-range RS (1-100km) - อาท กลองถายภาพทางอากาศ 3. Short-range RS (< 1km) - อาท เครองตรวจวด GT200

84

85

ประเภทของการตรวจวดจากระยะไกลแบงตาม ตาแหนงทตง ของอปกรณตรวจวด ออกไดเปน

1. Ground-based RS - อปกรณตดตงอยบนผวโลกขณะทางาน อาท 1.1 เรดารตรวจอากาศภาคพนดน

1.2 โซนาร (สาหรบศกษาพนผวกนทะเล)

2. Airborne RS - อปกรณตดตงอยบนอากาศยาน อาท 2.1 กลองถายภาพทางอากาศ (aerial camera)

3. Spaceborne RS - อปกรณตดตงอยบนยานสถานในอวกาศ อาท 3.1 กลองกวาดภาพบนดาวเทยม

3.2 เรดารตรวจการณจากอวกาศ

86

87 88

รปแบบของการตรวจวด

อปกรณตรวจวดจากระยะไกล โดยปกตจะใช คลน 2 แบบ ในการทางาน คอ

1. คลนแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic wave: EM wave)

2. คลนเสยง (Sound wave) - อาท โซนาร

คลนแมเหลกไฟฟาทใชมาก มกอยใน 3 ชวงคลน คอ

1. ชวงคลนแสงขาว (visible light) - อาท กลองถายภาพทางอากาศ

2. ชวงคลนอนฟราเรด (infrared wave) - อาท กลองอนฟราเรด

3. ชวงคลนไมโครเวฟ (microwave) - อาท เครองเรดาร89 90

91 92

2.2 พฒนาการของเทคโนโลย Remote Sensingเทคโนโลย RS ไดรบการพฒนามานานมากแลว ตงแต ยคบกเบก ซงเรมประมาณ

ค.ศ. 1850s มาจนถง ยคอวกาศ (space age) ในปจจบน

พฒนาการของเทคโนโลย RS ขนอยกบองคประกอบ 3 ประการ คอ

1. สถานตดตง (Platform) - อาท บอลลน เครองบน ดาวเทยม

2. อปกรณตรวจวด (Remote sensor) - อาท เครองตรวจวดบนดาวเทยม

3. ระบบประมวลผลขอมล (Data processing system) - ระบบคอมพวเตอร

93 94

โดยทวไป อาจแบงพฒนาการดงกลาว ออกไดเปน 3 ยคหลก คอ

1. ยคบกเบก (Beginning period) - ประมาณ ค.ศ. 1860-1910 เนนการ

ถายภาพทางอากาศจาก บอลลน นก หรอ วาว

2. ยคการสารวจจากอากาศยาน (air-based observation) - ประมาณ ค.ศ.

1910-1960 เนนการถายภาพทางอากาศจาก เครองบนถายภาพ

3. ยคการสารวจจากอวกาศ (air-based observation) - ประมาณ ค.ศ.

1960-ปจจบน เนนการสารวจจากอวกาศโดยอปกรณทอยบนดาวเทยม

95 96

Gaspard Felix Tournachon หรอ Nadar

97 98

99

The Wright Brothers in1910 (Orville ทางซาย และ Wilbur ทางขวา)

100

First successful test flight in1903 at NC (Orville piloting)

การถายภาพทางอากาศเพอภารกจทางทหาร สมยสงครามโลกครงท 1

102

ขอดและขอดอยของระบบ RS

ขอด มอาทเชน

1. Wide area coverage and up-to-date data.

2. Different spatial (and spectral) resolutions.

3. Continuous observation of Earth and atmosphere.

4. Able to observe in several spectral ranges.

5. Good for inaccessible, or remote, areas (e.g. deep jungle).

6. Most data are in digital format.

103

ขอดอย มอาทเชน

1. Relatively high cost for the building of complete system.

2. Need well-trained human resources.

3. Need specific (and expensive) computer programs (or tools).

4. Costs of most RS data are still relatively high.

5. Data normally have errors (geometric/radiometric).

104

2.3 การประยกตเทคโนโลยภมสารสนเทศ

2.3.1. Archaeology and Anthropology Study

อาท การสารวจแหลงโบราณคดทสาคญ จากภาพถายทางอากาศ/ดาวเทยม

2.3.2 Photogrammetry and Cartography

อาท การทาแผนทภมประเทศจากภาพถายทางอากาศ

2.3.3 Geological Survey

อาท การสารวจโครงสรางของชนดน/หน จากภาพถายดาวเทยม

105 106

107 108

2.3.4 Civil Engineering

อาท การสรางแผนทองคประกอบของเมอง จากภาพถายทางอากาศ/

ดาวเทยม

2.3.5 Agriculture

อาท การสารวจพนทเพาะปลก/ประเภทพชพรรณ จากภาพถายดาวเทยม

2.3.6 Forestry

อาท การทาแผนทปาไม จากภาพถายทางอากาศ/ดาวเทยม

2.3.7 Hydrology

อาท การทาแผนทแหลงชลประทาน จากภาพถายทางอากาศ/ดาวเทยม109 110

111

2.3.8 Urban planning/environmental assessment

อาท การประเมนระดบมลภาวะทางอากาศ จากอปกรณบนดาวเทยม

2.3.9 Coastal/Oceanic Study

อาท การทาแผนทอณหภมนาทะเล ดการกระจายตวของแพลงคตอน

2.3.10 Natural Disaster Monitoring/Mitigation

อาท การตรวจสอบ/ตดตามการเกดนาทวม จากภาพถายดาวเทยม

2.3.11 Atmosphere/meteorology

อาท การตรวจสอบ/ตดตามพายฟาคะนองรนแรง จากอปกรณพวกเรดาร

112

114

115 116

117 118

119

พายไตฝนยกษ Bilis เดอนสงหาคม ค.ศ. 2000 2.3.12 Ecosystem/natural environment

อาท การประเมนพนทปาไมทถกทาลาย จากภาพถายทางอากาศ/ดาวเทยม

2.3.13 Geophysical database construction

อาท การจดทาฐานขอมลชนดน/หนเฉพาะพนท จากภาพถายดาวเทยม

2.3.14 Socioeconomics study

อาท การศกษารปแบบการตงถนฐานของประชากร จากภาพถายดาวเทยม

2.3.15 Military services

อาท การแสวงหาขอมลทางทหาร/ความมนคง จากภาพถายทางอากาศ

120

ระบบ GPSระบบกาหนดพกดบนผวโลก (global positioning system: GPS) มองคประกอบ

ทสาคญ 3 สวน คอ

1. สวนเครอขายดาวเทยมในอวกาศ (space section)

มกใชระบบ NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging) ของ

สหรฐฯ ซงประกอบดวย เครอขายดาวเทยม GPS 24 ดวง ทางานสมพนธกน อยท

ความสงประมาณ 20,162.81 กม. จากผวโลก มมมเอยง 55 องศาจากแนวศนยสตร

(ม 6 แนวโคจร แตละแนวมดาวเทยมประจา 4 ดวง)

121 122

123 124

2.2สวนควบคมระบบ (control segment)

ประกอบดวยสถานควบคมภาคพนดนหลกอยท ฐานทพอากาศ Falcon, USA

และศนยควบคมยอยอก 5 จด กระจายไปยงภมภาคตาง ๆ ทวโลก

2.3 สวนผใชงานระบบ (user segment)

ผใชตองม เครองรบสญญาณ (GPS receiver) ทสามารถรบคลนและแปรรหส

จากสญญาณดาวเทยม เพอนามาประมวลผลหาพกดทตองการตอไป

โดยทวไปเครอง GPS ควรรบสญญาณดาวเทยมได อยางนอย 4 ดวงขนไป จงจะ

ทางานไดอยางสมบรณ (มความคลาดเคลอนของการกาหนดพกดตา)

125 126

127

เทคนคการหา พกด ใน 3 มตของเครองรบสญญาณ GPS โดยทวไป

128

ตวอยางของระบบ GPS mapping ในรถยนต

129

ตวอยางของระบบ GPS tracking สาหรบรถยนต

130