โครงงานการศึกษาและพัฒนาโดรนเพื่อบินช่วยสำรวจ เฝ้าระวัง วิเคราะห์ความเสี่ยง และเตือนภัยภายในป่าแบบอัตโนมัติด้วยเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ธนภัทร จรัญวรพรรณ, นพวิชญ์ ฉุนรัมย์, วัฒนพงษ์ อุทธโยธา

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

รุ่งกานต์ วังบุญ, กฤติพงศ์ วชิรางกุล

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนปรินส์รอยแยลส์วิทยาลัย

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2566

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ไฟป่า สาเหตุหลักของวิกฤตร้ายแรง จากเฉพาะวิกฤตการณ์ค่าฝุ่นมลพิษ PM 2.5 สูงรุนแรงยาวนานเกินค่ามาตรฐานทั่วจังหวัดเชียงใหม่ และทั่วประเทศ สาเหตุหลักกว่าร้อยละ 90 เกิดจากมนุษย์ที่เข้าไปเผาป่าเสียเอง เพียงเพื่อหาของป่า ล่าสัตว์ และทำการเกษตร ในปัจจุบันภาครัฐมีวิธีการรับมือกับไฟป่า โดยการออกนโยบาย และจัดตั้งเจ้าหน้าที่ดูแล แต่ยังไม่สามารถดูแลได้ตลอดเวลา และทั่วถึง ถึงแม้จะมีการนำเทคโนโลยีอย่าง โดรน เพื่อช่วยในการลาดตระเวนและเฝ้าระวังไฟป่า แต่ยังมีข้อจำกัดคือ 1. เก็บข้อมูลได้จากระดับความสูงที่เหนือต้นไม้เท่านั้น ส่งผลให้ไม่สามารถเห็นสิ่งที่อยู่ในหุบเขาได้ 2. โดรนมีจำนวนจำกัด ไม่ทั่วถึง เพราะมีราคาสูง คันละ 1 ล้านบาท ในประเทศไทยมี 14,509 ลำเท่านั้น 3. โดรนต้องถูกควบคุมด้วยมนุษย์จากผู้ที่มีทักษะและความนาญขั้นสูงในการบังคับส่วนบุคคล คณะผู้จัดทำจึงได้พัฒนา “อากาศยานไร้คนขับตรวจสอบป่าระดับพื้นดินด้วยการเข้าถึงอัตโนมัติผ่านปัญญาประดิษฐ์ เพื่อเฝ้าระวังไฟป่า” ซึ่งมีวัตถุประสงค์ เพื่อศึกษาและพัฒนาอากาศยานไร้คนขับ ที่สามารถขับเคลื่อนโดยอัตโนมัติด้วยปัญญาประดิษฐ์ เพื่อใช้ในการเฝ้าระวังและป้องกันไฟป่า ที่ในหุบเขาจะทำหน้าที่เปรียบเสมือนผู้พิทักษ์ป่าที่จะช่วยให้การรับมือกับไฟป่านั้นมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น จากการนำเทคโนโลยีโดรนมาใช้ในการตรวจสอบโดยอัตโนมัติเป็นครั้งแรก โดยแบ่งการวิจัยและพัฒนาเป็น 4 ขั้นตอนได้แก่ 1. การศึกษาและพัฒนาอัลกอริทึมและปัญญาประดิษฐ์รูปแบบต่าง ๆ ที่สามารถควบคุมมโดรนให้สามารถเคลื่อนที่และหลบหลีกสิ่งกีดขวางภายในป่าได้อัตโนมัติภาย 2. การออกแบบและสร้างโดรนที่มีความเหมาะสมในการเคลื่อนที่สำรวจ และเฝ้าระวังภายในป่า 3. การทดลองพัฒนาแพลตฟอร์มสำหรับผู้ใช้ เพื่อให้เจ้าหน้าที่สามารถนับการแจ้งเตือนข้อมูลไฟป่าได้แบบเรียลไทม์ 4. การทดลองหา Library ของปัญญาประดิษฐ์ที่มีความเหมาะสมมากที่สุดในการนำข้อมูลภาพที่ได้จากโดรนมาทำการแปลงเป็น โมเดล 3 มิติเพื่อช่วยเจ้าหน้าที่ในการวางแผนรับมือไฟป่าทั้ง ก่อนเกิด ขณะเกิด และหลังเกิด

โดยในการพัฒนา กลุ่มผู้วิจัยได้เลือกอัลกอริทึมในการควบคุมโดรนให้เคลื่อนที่และสามารถหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้อัตโนมัติ 3 แบบ ได้แก่ 1. Reactive Navigation System 2. Supervised perception and plan learning 3. End-to-end reinforcement learning เพื่อนำข้อมูลการรับรู้จากโดรนมาใช้ในการวางแผนและควบคุมเส้นทางการบินของโดรน โดยเริ่มต้นพัฒนาและทดลองใน Simulator สภาพแสดล้อมป่าจำลอง พร้อมกับทำการทดลองออกแบบและพัฒนาโดรนตามเป้าหมายทางวิศวกรรม ได้แก่ 1. โดรนมีขนาดความกว้างไม่เกิน 35 เซนติเมตร 2. ใบพัดและมอเตอร์สามารถสร้างแรงบกได้เป็น 2 เท่า ของน้ำหนักสุทธิ 3. โดรนมี Center of Gravity และ Center of Thrust ในจุดที่เหมาะสม จากนั้นพัฒนาต่อยอด สู่ขั้นตอนของการนำอัลกอริทึมและโดรนมาเชื่อมต่อกันจากนั้นนำไปทำการทดสอบในสภาพแวดล้อมป่าจริง จากนั้นพัฒนาแพลตฟอร์มรูปแบบ Web App และ Line Chatbot เพื่อให้เจ้าหน้าที่ได้รับการแจ้งเตือนที่ทันท่วงที และสำหรับการนำข้อมูลภาพจากโดรนมาสร้างเป็นโมเดลป่า 3 มิติ กลุ่มผู้วิจัยได้เลือกเปรียบ Library ปัญญาประดิษฐ์อยู่ 3 รูปแบบได้แก่ NeRF, Multi-View Method, Volumetric Methods เพื่อให้สามารถสร้างโมเดลป่าที่มีความละเอียดและถูกต้องมากที่สุด