จีนพัฒนาเทคโนโลยี LiDAR เลเซอร์ตรวจสอบลมติดตั้งบนรถไฟความเร็วสูง

นักวิจัยชาวจีนเผยว่า ได้พัฒนาระบบเลเซอร์ตรวจสอบลมติดตั้งบนรถไฟความเร็วสูงที่ก้าวหน้าที่สุดในโลก ระบบดังกล่าวยังสามารถตรวจสอบมลพิษในอากาศได้อีกด้วย

ในเวลาไม่กี่สัปดาห์ก่อน มีเหตุการณ์รถไฟหัวกระสุนในจีนประสบอุบัติเหตุ  ตกรางที่สถานี Rongjiang ในมณฑลกุ้ยโจว เบื้องต้นพบว่ามีสาเหตุจากโคลนถล่มเข้าไปในรางรถไฟ ทำให้ด้านหน้ารถไฟได้รับความเสียหายอย่างรุนแรง และคนขับเสียชีวิต อุบัติเหตุดังกล่าว ทำให้จีนต้องทบทวนระบบความปลอดภัยอีกครั้ง

ล่าสุดมีการเปิดตัวเทคโนโลยีไลดาร์เลเซอร์แบบใหม่ออกมา ซึ่งนักวิจัยที่พัฒนาอุปกรณ์ดังกล่าวระบุว่า ระบบนี้ช่วยให้พวกเขาสังเกตเห็นกระแสลมหมุนวนจากรถไฟความเร็วสูงในรูปแบบที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน

แถลงการณ์จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (University of Science and Technology of China-USTC) ในมณฑลอานฮุยกล่าวว่า “การตรวจจับลมในบรรยากาศด้วยความละเอียดระดับเมตร จะทำให้การป้องกันภัยทางอวกาศ การป้องกันสถานที่สำคัญ และการพยากรณ์อากาศถูกยกระดับขึ้น”

ระบบตรวจสอบ ซึ่งมีรูปทรงกลม ขนาดไม่ใหญ่ไปกว่ากระเป๋าเอกสารนี้ ใช้เทคนิค Lidar เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงที่ละเอียดอ่อนของลม โดยใช้เลเซอร์ในการวัดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของอากาศในบรรยากาศในกระบวนการที่เรียกว่า LiDAR หรือ Light Detection and Ranging เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ แสงเลเซอร์ จากตัวเซนเซอร์ ส่งไปยังวัตถุเป้าหมายและสะท้อนสัญญาณกลับมายังตัวเซนเซอร์ อีกครั้ง ดังนั้น เทคโนโลยี LiDAR จึงช่วยวัดระยะทางและการเคลื่อนที่ของวัตถุทั้ง "ทิศทาง" และ"ความเร็ว" ได้อย่างแม่นยำ. 

ที่มาของรูปภาพ SCMP Handout

ระบบดังกล่าว อาจได้ชื่อว่าเป็นเทคโนโลยีไลดาร์เลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก ซึ่งออกแบบมาเพื่อศึกษาฟิสิกส์ชั้นบรรยากาศขั้นสูงของโลก ในเวลานั้น มีการเผยว่า ระบบดังกล่าวจะใช้ในการวิจัยอนุภาคในชั้นบรรยากาศที่ทำหน้าที่เป็นแนวป้องกันแนวแรกจากวัตถุอันตรายนอกโลก เช่น ลมสุริยะและรังสีคอสมิก และเมื่อนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้แล้ว ก็อาจนำไปใช้กับการใช้งานทางทหารและพลเรือน เช่น การบิน การตรวจสอบคุณภาพอากาศ การพยากรณ์อากาศ และสาขาอื่น ๆ อีกด้วย

ก่อนหน้านี้ นักวิจัยชาวจีนได้พยายามพัฒนาเทคโนโลยีไลดาร์ ให้มีความสามารถตรวจจับรายละเอียดเชิงพื้นที่ โดยวิธีที่ถือว่าซับซ้อนที่สุดในปัจจุบัน คือการใช้ Pulse Coherent Doppler wind Lidar (PCDWL) 

Pulse Modulator เป็นระบบเทคโนโลยีไลดาร์ที่ใช้กันแพร่หลายมากที่สุด หลักการทำงานจะเป็นการส่งความถี่แบบห้วงพัลส์ หรือการส่งแบบต่อเนื่อง เมื่อพัลส์ไปกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับมาช่วงเวลาตั้งแต่ส่งออกไปจะถึงสะท้อนกลับมาถึงเครื่องรับจะนำค่าที่ได้ไปคำนวณหาระยะทาง ส่วนระบบ LiDAR ตรวจจับลม  (Doppler wind Lidar-DWL) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาด้านวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ โดยระบบ Optical Doppler ทำงานโดยส่งแสงเลเซอร์อินฟราเรดช่วงสั้น ๆ สู่ชั้นบรรยากาศ และจะทำหน้าที่ตรวจสอบความเร็วลมในบรรยากาศ

อย่างไรก็ตาม ถึงกระนั้นก็ตาม การทำให้เทคโนโลยีไลดาร์ตรวจจับได้ในระดับความละเอียดที่น้อยกว่า 10 เมตร ต่อ 1 วินาทีก็ยังเป็นสิ่งที่ยากและท้าทายอย่างยิ่ง จนกระทั่ง เมื่อวันที่ 22 มิถุนายน นักวิจัยชาวจีนเปิดเผยในวารสาร Optic Letters ระบุว่าอุปกรณ์ PCDWL ต้นแบบของพวกเขาตรวจจับในความละเอียดเชิงพื้นที่ได้ถึง 3 เมตรต่อ 0.1 วินาที จากนั้น นักวิจัยเริ่มจากการตรวจสอบระบบโดยใช้เครื่องวัดความเร็วลม ซึ่งเป็นเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง และเทคโนโลยี Hyperfine PCDWL ทำให้การทดสอบครั้งต่อมา พวกเขาสามารถตรวจจับความเร็วลมในความละเอียด 0.5 เมตรต่อวินาทีได้สำเร็จ 

ทีมของนักวิจัยจาก USTC ยังระบุว่า ในการทดลองครั้งที่ 2 ที่สถานีรถไฟความเร็วสูงในเมืองซูโจว มณฑลอานฮุย อุปกรณ์ PCDWL จับภาพร่องรอยลมความเร็วสูงอย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดจากรถไฟหัวกระสุนที่วิ่งผ่านตำแหน่งนั้นจากความเร็ว 350 กิโลเมตรต่อชั่วโมงนานกว่า 100 ชั่วโมง การใช้เทคโนโลยีไลดาร์ติดตามและสังเกตการณ์ ซึ่งมีความละเอียดในระยะ 3 เมตร ภายใน 0.1 วินาที เป็นการตรวจจับในระดับความละเอียดไม่เคยมีมาก่อน แสดงให้เห็นกระแสอากาศที่หมุนวนด้วยรูปแบบที่เรียกว่า การไหลวนแบบ Von Karman (Von Karman Vortex Shredding)

เมื่อสร้างแบบจำลองขึ้นด้วยคอมพิวเตอร์แล้ว พบว่ากระแสอากาศหมุนวนเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ใกล้กับส่วนท้ายของรถไฟความเร็วสูง แต่มีการตั้งข้อสังเกตว่า ไม่มีใครเคยตรวจสอบกระแสอากาศหมุนวนนี้เลย เหล่านักวิจัยจีนสรุปว่า การค้นพบนี้อาจช่วยยกระดับความเสถียร ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยของรถไฟ maglev ความเร็วสูงให้เพิ่มขึ้นได้

ที่มาของข้อมูล eurasiantimes.com

ที่มาของรูปภาพ Winter Olympic Train China