แนวโนมของการประยุกตใชขอมูลรีโมทเซนซิงในอนาคต

        เปนที่ตระหนักวา ขอมูลรีโมทเซนซิงมีศักยภาพในการนํามาใชประโยชนไดอยางมากมายมหาศาล  อยางไรก็ตามการใชขอมูลรีโมทเซนซิงในการวิเคราะหสภาพแวดลอมและสถานการณของโลกที่ซับซอนและยุงยากในปจจุบันนี้เพียงอยางเดียว ยังไมเพียงพอที่จะชวยตัดสินปญหาไดถูกตอง จึงจําเปนอยางยิ่งที่จะตองนําเอาขอมูลอยางอื่นมาประกอบดวยเพื่อชวยใหมีการวางแผนการตัดสินใไดถูกตองยิ่งขึ้น

         การใชขอมูลรีโมทเซนซิงจะมีประโยชนสูงสุดถาหากนําไปผสมผสานกับขอมูล GIS และขอมูล จากระบบกําหนดตําแหนงบนพื้นโลก (Global Positioning System หรือ GPS)ซึ่งทั้งสามระบบนี้เมื่อนํามารวมกันจะเรียกวา “Geoinformatic” ซึ่งเปนระบบสารสนเทศเชิงพื้นที่ในลักษณะสหสาขา ใหขอมูลที่เปนประโยชนตอการจัดการ การวางนโยบาย การปฏิบัติการการวางแผนและการตัดสินใจเพื่อการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคม และสภาพแวดลอม (ดาราศรี,2541) และเมื่อนําเอาระบบ Geoinformatic มาประกอบเขากับระบบสื่อสารดาวเทียมที่กําลังกาวหนาอยูในปจจุบันนี้ จะทําใหเกิดมิติใหมดานสารสนเทศเชิงพื้นที่ ซึ่งจะเปนประโยชนอยางยิ่งในการจัดการทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดลอม และการประยุกตทางดาน วิศวกรรมศาสตรและดานอื่นๆเชนการกอสรางตางๆและการอนุรักษดินและน้ําเปนตน

อ้างอิง

http://www.gisthai.org/about-gis/remote-sensing.html

http://www.ee.eng.cmu.ac.th/~tharadol/teach/912706/geo_03.pdf

http://civil11korat.tripod.com/Data/RS.htm

http://remotesensingrs.blogspot.com/2011/09/remote-sensing.html

http://kmcenter.rid.go.th/kmc14/gis_km14/gis_km14%2817%29.pdf

การประยุกตใชขอมูลดาวเทียม

       ข้อมูลดาวเทียมที่ไดจากอุปกรณบันทึกตางระบบ จะมีคุณสมบัติแตกตางกันไป ดังนั้นกอนที่จะนําขอมูลมาใชประโยชน จําเปนตองพิจารณาถึงคุณสมบัติของดาวเทียมดวยโดยทั่วไปแลว ผูใชขอมูลมักจะพิจารณาดาน คุณสมบัติเชิงคลื่น มีคุณสมบัติเชิงพื้นที่ และคุณสมบัติเชิงกาลเวลา (temporal characteristic)การประยุกตใชขอมูลดาวเทียมคลายกับการใชภาพถายทางอากาศในดานแปลความหมายจากภาพ แตภาพขอมูลดาวเทียมมีศักยภาพตางไปจากภาพถายทางอากาศ เทคนิคการแปลความหมายก็แตกตางกัน ภาพขอมูลดาวเทียมสามารถนํามาประยุกตใชไดหลายๆ ดานเชน ปาไมการใชที่ดิน การเกษตร ธรณีวิทยา อุทกวิทยา อุบัติภัย ลักษณะตะกอนชายฝง ภัยธรรมชาติและการปรับปรุงแผนที่ เปนตน ดังมีรายละเอียดพอสรุปไดดังนี้
1. ดานการเกษตร (Agriculture)
  ขอมูลรีโมทเซนซิงสามารถนํามาใชประโยชนทางดานการเกษตรไดหลายอยางเชนการทําแผนที่ เพาะปลูกพืช การบงชี้เชื้อโรคตาง ๆ และความเครียดของพืช การประเมินผลผลิตพืชและการตรวจหาวัชพืชและพืชที่ผิดกฎหมายเชน ฝน เปนตน
2. ดานธรณีวิทยา (Geology)
      เชน จําแนกรอยแตกแยกหรือโครงสรางอื่น ๆ ทําแผนที่ภูมิสัณฐานวิทยาและแผนที่พืชพรรณ การสํารวจแหลงแรธาตุและน้ํามันปโตรเลียม การวิเคราะหทางธรณีสัณฐานและการระบายน้ําและการจําแนกชนิดของหิน
3. ดานสมุทรศาสตร (Oceanography)
       เชน ตรวจอุณหภูมิของทะเล ทําแผนที่พื้นผิวทะเลและภูมิประเทศใตทองทะเล ทําแผนที่กระแสน้ําในทะเล (Ocean Current Mapping) ศึกษามลภาวะในทะเล และศึกษาหาแหลงปลาและ ศึกษาน้ําแข็งในทะเล
4. ศึกษาทรัพยากรธรรมชาติที่ฟนตัวได (Renewable Resources)
        เขน สํารวจและติดตามการใชประโยชนที่ดิน (Land Cover Inventory And Monitoring)
ศึกษาดานการเปลี่ยนแปลงการใชประโยชนที่ดิน ทําแผนที่ชนิดของภูมิประเทศ ประเมินผลกระทบของภัยธรรมชาติเชน ไฟปาและความแหงแลง
5. ศึกษาดานการชะลางพังทลายของดิน (Soil Erosion Mapping)
       เชน ทําแผนที่และติดตามการชะลางพังทลาย พยากรณแหลงที่มีการชะลางพังทลายติดตามแหลงที่มีการพังทลายของดิน และความเปนทะเลทราย
6. อุทกวิทยา (Hydrology)
        ติดตามแหลงกักเก็บน้ําใตดิน ติดตามกิจกรรมดานการชลประทาน ทําแผนที่แหลงความเค็ม การประเมินความชื้นในดิน และอุณหภูมิพื้นผิวดิน วางแผนดานวิศวกรรมการกอสรางและติดตามประสิทธิภาพของงาน
7. การทําแผนที่ (Cartography)
     ในแขนงวิชาที่เกี่ยวของกับการวัด และจัดทําแผนที่ เชน จีโอดีซี่และโฟโตแกรมเมตรี(Geodesy and Photogrammetry) สามารถรวมกับขอมูลอื่นเพื่อแสดงผลผลิตแผนที่ทําภาพสามมิติเพื่อจัดทําแผนที่ภูมิประเทศ และเก็บรวบรวมและแกไขแผนที่ใหทันสมัย
8. ดานอุตุนิยมวิทยา (Meteorology)
      ศึกษาอุณหภูมิ และรูปแบบของอากาศทองถิ่น ทําแผนที่เมฆ ติดตามการเคลื่อนตัวของพายุโซนรอน ติดตามไฟปา ทําแผนที่แหลงที่มีหิมะปกคลุม และ ศึกษาสภาพอากาศ
9. ศึกษาดานผังเมือง (Urban Planning Studies)
      เชน ทําแผนที่แสดงขอบเขตและการเปลี่ยนแปลงการตั้งถิ่นฐานเมือง ศึกษาดานความหนาแนนของชุมชน และการระบายน้ําในตัวเมือง ศึกษาเกี่ยวกับเสนทางคมนาคมและประเมินผลกระทบที่เกิดจากการขยายตัวของเมืองและอุตสาหกรรมที่มีตอสภาวะอากาศ
          ตัวอยางกรณีศึกษาการประยุกตใชขอมูลดาวเทียมในประเทศไทย ดานการใชประโยชนที่ดิน ดานการเกษตร และดาน อื่น ๆ สามารถตรวจไดจากวารสารสํารวจระยะไกลและสารสนเทศภูมิศาสตร (Journal of Remote Sensing and GIS Applications)ที่ออกโดยสมาคมสํารวจขอมูลจากระยะไกลและสารสนเทศภูมิศาสตร (องคการมหาชน) หรือวารสารที่เกี่ยวของอื่น ๆ นอกจากนี้แลว สมพร สงาวงศ (2543) ไดรวบรวมบทความทางวิชาการดานสํารวจระยะไกล และสารสนเทศภูมิศาสตรไว กรณีศึกษา ซึ่งอาจจะเปนแนวทางในการนําเอาขอมูลสํารวจระยะไกล ไปประยุกตใชในสาขาที่สนใจตอไป

ประเภทของดาวเทียมสํารวจโลก

        การพัฒนาดาวเทียมสํารวจโลกยังคงดําเนินตอไปอยางตอเนื่อง และมีแนวโนมพัฒนาใหดาวเทียมมีอุปกรณหลากหลายชนิด และมีศักยภาพในการบันทึกขอมูลในรายละเอียดสูงขึ้นดาวเทียมดวงหนึ่ง ๆ จึงทําไดหลายหนาที่ โดยทั่วไปแลวการจําแนกดาวเทียมสํารวจโลกตามหนาที่แบงได 4 ชนิดคือ
1. ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา (Meteorological Satellites)

        วัตถุประสงคของดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาคือบันทึกภาพชั้นบรรยากาศโลกประจําวันเพื่อใหไดภาพตอเนื่องของบรรยากาศโลกและมีอุปกรณหยั่งวัดอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศ เครื่องวัดการแผรังสีของโลก ตัวอยางดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา เชนดาวเทียม ATS (ApplicationTechnology Satellite) ปฏิบัติงานใน พ.ศ. 2513 ดาวเทียม SMS (SunsynchronousMeteorological Satellites) ปฏิบัติงานชวงปลายป พ.ศ. 2513 ดาวเทียมนี้จะเคลื่อนตัวอยูเหนือระดับ อิเควเตอร ในระดับความสูงประมาณ 36,000 กม. จะทําการบันทึกภาพพื้นโลก ในระหวาง 60 ํเหนือ และ 60 ใตปจจุบันนี้มีดาวเทียม ที่กําลังปฏิบัติงานอยู คือGOES (Geostationary Operational Environmental Satellites) West &East ดาวเทียม NOAA และ ดาวเทียม Meteosat

2. ดาวเทียมสํารวจสมุทรศาสตร (Sea Satellites)

            ดาวเทียมสํารวจสมุทรศาสตรสํารวจขอมูลดานลักษณะคลื่นผิวน้ําและใตผิวน้ํา ความสูง

ของคลื่น ศึกษาน้ําแข็งในทะเล อุณหภูมิผิวหนาทะเล ไอน้ําในชั้นบรรยากาศ ความเร็วลมดาวเทียมสมุทรศาสตร ทําการบันทึกในชวงคลื่น microwave ซึ่งเปนชวงคลื่นยาวตัวอยางดาวเทียมสํารวจสมุทรศาสตรเชน SEASAT RADARSAT และ MOS-1

3. ดาวเทียมสํารวจแผนดิน (Land Satellites-LANDSAT)

           ดาวเทียมสํารวจแผนดินมีวัตถุประสงคเพื่อสํารวจทรัพยากรธรรมชาติ โดยมีวิวัฒนาการเริ่มจากการสงดาวเทียม LANDSAT-1 (ค.ศ. 1972) ของประเทศสหรัฐอเมริกาและยังสงดาวเทียมดวงถัดมา (LANDSAT-4-5-6) ปจจุบันใชขอมูลจาก LANDSAT- 5 และ LANDSAT- 7 (ค.ศ.1999) และดาวเทียมดวงอื่น ๆ เชน ดาวเทียม SPOT ของประเทศฝรั่งเศส IKONOSขององคการเอกชนของสหรัฐอเมริกา รูปที่ 5 เปนตัวอยางดาวเทียมสํารวจแผนดินตั้งแตยุคแรกเริ่มมาจนกระทั่งถึงยุคปจจุบัน

     ดาวเทียมสํารวจแผนดินจัดเปนดาวเทียมที่มีรายละเอียดปานกลางเชน

     1.แบบกวาดภาพหลายชวงคลื่น (Multispectral Scanning System) หรือเรียกยอ ๆ วา MSS ประกอบดวย 4 ชวงคลื่น มีรายละเอียดจุดภาพประมาณ 80 เมตรและทําการบันทึกขอมูลในแถบชวงคลื่นสีเขียว 1 ชวงคลื่น สีแดง 1 ชวงคลื่น และอินฟราเรดใกล 2 ชวงคลื่น ตารางที่1แสดงคุณสมบัติเชิงพื้นที่ (spatial characteristic)และเชิงคลื่น (spectral characteristic) และการประยุกตใชขอมูลจากดาวเทียมชนิดนี้

      2.LANDSAT Thematic Mapper (TM ) มีรายละเอียดจุดภาพ 30 เมตรทําการบันทึกขอมูลในแถบชวงคลื่น 7 ชวงคลื่น คือ น้ําเงิน เขียว แดง อินฟราเรดใกลอินฟราเรดกลาง และ ชวงคลื่นความรอน (Thermal Wavelength) คุณสมบัติและการประยุกตใชขอมูลจากดาวเทียมชนิดนี้

       ปจจุบันนี้สามารถรับขอมูลจากดาวเทียมดวงที่ 7 คือ Enhanced Thematic Mapper(ETM+) ซึ่งใหรายละเอียดจุดภาพ 15 เมตรและเพิ่มรายละเอียดเชิงคลื่นจาก LANDSAT- 5 อีก1ชวงคลื่น คือแบนด 8 มีรายละเอียดจุดภาพประมาณ15 เมตร

ตัวอยางดาวเทียมสํารวจแผนดิน และดาวเทียมอื่น ๆ ที่ดําเนินการอยูในปจจุบัน

คุณสมบัติของดาวเทียมระบบ Thematic Mapper และการนํามาใชประโยชน

คุณสมบัติของดาวเทียมระบบ MSS และการนํามาใชประโยชน

4.ดาวเทียมสํารวจนํารอง (NAVSTAR)

       ระบบดาวเทียมสํารวจนํารอง (NAVigation Sattellite Timing And Ranging:NAVSTAR) ถูกสงขึ้นไปเมื่อ ค.ศ. 1978 โดยรัฐบาลสหรัฐอเมริกา เพื่อสนับสนุนการกําหนดตําแหนงระบบจีพีเอส (Global Positioning System: GPS) ใชทั้งกิจการทหารและพลเรือนระบบนี้จะมีดาวเทียมทั้งหมดรวม 24 ดวงโคจรอยูที่ความสูง 20,200 กม. ผูใชที่ภาคพื้นดินจะตองมีเครื่องมือรับสัญญานจากดาวเทียมเพื่อสกัดหาตําแหนงคาพิกัดภูมิศาสตร หรือคาพิกัดอื่นๆ เชนพิกัด UTM

การแปลความหมายภาพจากดาวเทียมดวยสายตา

        การแปลภาพ (Image Interpretation) เปนวิธีการแปลความหมายจากขอมูลภาพดวยสายตาเพื่อใหไดมาซึ่งขอมูลที่ตองการ เชนลักษณะการใชที่ดิน การเลือกแปลภาพดวยสายตา โดยทั่วไปแลวมักจะเปนขอมูลที่อยูในลักษณะแผนภาพ หรือแผนฟลม การจําแนกขอมูลดวยวิธีนี้มักจะประมวลและวิเคราะหขอมูลที่ไดจากภาพถายทางอากาศหรือภาพดาวเทียมเขากับขอมูลอื่นๆ เชน ขอมูลที่ไดจากการสํารวจภาคสนาม

         ผูที่สามารถจะทําการแปลภาพไดดีนั้นจะตองมีคุณสมบัติที่เหมาะสม เชน มีพื้นความรูในสาขาวิชาที่เกี่ยวของพอสมควร มีสภาพความคิดที่กวางไกล สามารถที่จะประมวลเรื่องราวหลายอยางเขาดวยกัน และมีความคิดพิจารณาอยูเสมอ เพื่อที่จะนําไปสูการตีความใหดียิ่งขึ้นและ มีประสบการณ ในการแปลขอมูลมาแลวพอสมควรนอกจากคุณสมบัติของผูแปลแลวยังมีปจจัยดานอื่น ๆ ที่ควรจะนํามาพิจารณารวมดวย คือ

1.คุณภาพของขอมูล เชนควรเปนภาพที่มีมาตราสวนที่เหมาะสม ไดจากการเก็บบันทึกขอมูลที่ดีไมมีความบกพรองของระบบบันทึกขอมูล

2.ความพรอมของอุปกรณซึ่งจะชวยในการแปลขอมูลภาพไดสะดวก รวดเร็ว และถูกตองมากขึ้น เชน เครื่องมองภาพสามมิติ (Stereoscope) ชวยใหผูแปลสามารถมองเห็น ความสูงต่ําของวัตถุ หรือภูมิประเทศในภาพถายทางอากาศ และเครื่องถายทอดรายละเอียดจากแผนฟลมของขอมูลภาพดาวเทียม (Image projector)ชวยใหผูแปลสามารถดึงขอมูลที่ตองการออกมาจากภาพไดรวดเร็วเปนตน

ขั้นตอนในการแปลภาพ

การแปลภาพดาวเทียมอาจแบงออกไดเปน 3 ขั้นตอนใหญ่

1.การอานขอมูลภาพ  เปนขั้นตอนเบื้องตนในการแปลภาพจากดาวเทียม เพื่อบงบอกสิ่งที่ปรากฏในภาพ โดยใชขอมูลเกี่ยวกับ รูปราง ขนาด รูปแบบ ความเขมความหยาบละเอียดสี (Texture) เงา และความสัมพันธเกี่ยวเนื่อง (Association)กับวัตถุขางเคียงหรือสภาพภูมิประเทศ

2.การวัดปริมาณเชิงกายภาพ  เชนความยาวแหลงที่ตั้งความสูงอุณหภูมิหรืออื่นๆโดยอาศัยขอมูลอางอิง หรือขอมูลที่ไดจากการเปรียบเทียบ

3.การวิเคราะหภาพ เปนการทําความเขาใจถึงความสัมพันธระหวางขอมูลที่ไดจากการแปลกับสถานการณจริง เปนการตรวจสอบขอมูลที่ไดจากการแปลใหมีความถูกตองยิ่งขึ้นผลสุดทายก็คือการจัดทําแผนที่ เพื่อนําไปใชประโยชน แผนที่ที่ไดจากการแปลภาพนี้ เรียกวา แผนที่เฉพาะเรื่อง

คุณลักษณะของนักแปลตีความ (Interpreter Characteristics)

      นอกจากหลักเกณฑตางๆ ที่ใชประกอบในการตัดสินใจดังที่กลาวมาแลวการแปลตีความยังตองอาศัยความรูหลายสาขา (Multi disciplinary) มาประกอบกันเพื่อวินิจฉัยสิ่งตางๆ ไดอยางถูกตองดังนั้นในการแปลตีความภาพจากดาวเทียมโดยทั่วไป ผูแปลภาพหรือนักแปลตีความจําเปนตองมีคุณสมบัติท่ีเหมาะสมตองานแปลตีความ และสามารถวิเคราะหใหเหตุผลไดอยางถูกตองซึ่งผูแปลตีความภาพจากดาวเทียมที่ดีควรมีคุณสมบัติดังนี้

1.ความรูภูมิหลัง (Background) 

  การวินิจฉัยหรือแปลตีความพื้นที่ใดก็ตาม หากผูแปลตีความมีความรูและประสบการณในดานนั้นอยูแลวยอมจะไดเปรียบกวาบุคคลที่มาจากสาขาอื่น เชน ผูแปลที่ทํางานมาจากสาขาปาไม โดยทั่วไปแลวจะแปลตีความภาพถายดาวเทียมของพื้นที่ปาไมไดดีกวาบุคคลที่มาจากสาขาอื่น เนื่องจากมีภูมิความรูและประสบการณเกี่ยวกับธรรมชาติของพื้นที่มากอนนั่นเอง

2.ความสามารถของสายตา (Visual Activity) 

  การแปลตีความจําเปนตองอาศัยความสามารถของสายตาของผูแปลเปนองคประกอบดวย เนื่องจากการวินิจฉัยภาพจําเปนตองพิจารณารายละเอียดที่ปรากฎในภาพในลักษณะของสี (Color) ระดับความเขมของสี (Tone) และลายเนื้อภาพ (Texture) ผูมีสายตาดีกวายอมสามารถจําแนกพื้นที่ไดดีกวาหรือผูแปลตีความที่มีอายุมากขึ้นประสิทธิภาพในการแปลตีความจะดอยลง

3. ความสามารถของจิตใจ (Mental Activity) 

  ความสามารถของจิตใจมีความสัมพันธกับภูมิหลังประสบการณรวมถึงลักษณะนิสัยเชนการเปนคนใจเย็นรอบคอบชอบสังเกต ซึ่งจะเปนผูที่มีความสามารถแปลภาพไดดี

4.ประสบการณ (Experience) 

     ผูแปลตีความที่มีประสบการณเกี่ยวกับสภาพแวดลอมของบริเวณที่ดําเนินงานแปลภาพจะสามารถวินิจฉัยสิ่งที่ปรากฏในภาพไดดีกวาผูไมมีประสบการณประสบการณดังกลาวสามารถแสวงหาไดจากการศึกษาการเดินทางการทองเที่ยว การชอบสังเกตและจดจําตลอดทั้งตองมีความสนใจและมีนิสัยชอบอีกดวยความผิดพลาดจากการแปลตีความหากนํามาวิเคราะหถึงสาเหตุในความผิดพลาดแลวจะทําใหผูแปลตีความสามารถนํามาประยุกตในการวินิจฉัยขอมูลในพื้นที่อื่นที่มีลักษณะใกลเคียงกันได   อย่างถูกตองแมนยํายิ่งขึ้น

การวิเคราะหและจําแนกรายละเอียดขอมูลแผนภาพหรือแผนฟลมดวยสายตา

1.การแสดงภาพสี (Colour Display )

       การแสดงสีของขอมูลดาวเทียมมีความสําคัญตอการแปลขอมูลดวยสายตามาก เนื่องจากตาของมนุษยสามารถจําแนกภาพสีไดมากกวาภาพสีเทา ดังนั้นการใชภาพสีจึงสามารถชวยในการเพิ่มรายละเอียดตาง ๆ ในภาพไดดีกวาสีขาวดํา การทําภาพผสมสี (Color composite) เพื่อสรางสีขึ้นมาใหมจากขอมูลหลายชวงคลื่น ซึ่งแยกออกไดอีก 2 วิธี (รูปที่ 6) คือ

1.1 การทําภาพผสมสีบวก (Additive Primary Color) โดยทําใหแตละแบนดที่เปนสีขาว-ดํา กลายเปนสีบวก ใชแหลงกําเนิดแสง 3 สีคือ สีน้ําเงิน (Blue) สีเขียว (Green)และสีแดง (Red) เมื่อนํามาซอนทับกันทําใหไดภาพสีผสม ปรากฏสีตาง ๆซึ่งเปนไปตามทฤษฎีเชน ภาพที่ไดจากการแสดงผลหลายชวงคลื่นจอกราฟกสี

1.2การทําภาพผสมสีลบ (Subtractive Primary Color) สรางจากการผสมระหวางแมสีสีน้ําเงินเขียว (Cyan) มวงแดง (Magenta) และเหลือง (Yellow) เชน การพิมพภาพสี เปนตน

วิธีการผสมสีภาพ
ที่มา :Japan Association of Remote Sensing (1993, หนา 193 )

2. การสรางภาพสีผสมเท็จ

      ภาพสีผสมเท็จ ( False Color Composite) เปนการแสดงภาพโดยใชชวงคลื่นตั้งแต 3 ชวงมาซอนกันแลวใสสีลงบนแตละชวงคลื่น เชน ใชแบนดสีเขียวเปนสีน้ําเงิน ใชแบนดสีแดง เปนสีเขียว และใชแบนดอินฟราเรดใกลเปนสีแดง ผลที่ไดเปนภาพสีเท็จ พืชพรรณจะมีสีแดงซึ่งจะชวยทําใหผูแปลจําแนกวัตถุตางชนิดไดดีขึ้น รูปที่ 7 เป็น ตัวอยางการทําภาพผสมสีเท็จแบนด 3 5 4 (น้ําเงิน เขียว แดง หรือ BGR) ของดาวเทียมระบบ ETM บริเวณอําเภอจอมทอง บันทึกภาพเมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2543 เปนการแปลความหมายดวยสายตาของสิ่งปกคลุมดินที่อยูบนภาพสีผสมเท็จ การแปลความหมายจากภาพสีผสมเท็จ

การแสดงภาพสีผสมเท็จของขอมูลดาวเทียมสํารวจทรัพยากรโลก LANDSAT-7
ที่มา: เอกสารประกอบการเรียน-การสอนวิชา GEO 154375 ประจําภาคเรียนที่ 1/2544
โดยอ. ดร. สมพร สงาวงศภาควิชาภูมิศาสตร คณะสังคมศาสตรมหาวิทยาลัยเชียงใหม

การแปลความหมายจากภาพสีผสมเท็จ

ตัวอยางจากดาวเทียมสํารวจทรัพยากรโลก LANDSAT-7

ภาพสีผสมเท็จบริเวณอําเภอจอมทอง จ.เชียงใหม (บันทึกเมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2543)

การแปลความหมายภาพสีผสมเท็จบริเวณอําเภอจอมทองจ. เชียงใหม
(บันทึกเมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2543)
ที่มา: เอกสารประกอบการเรียน-การสอนวิชา GEO 154375ประจําภาคเรียนที่1/2544
โดยอ. ดร. สมพร สงาวงศภาควิชาภูมิศาสตร

ประเภทของระบบการสํารวจขอมูลจากระยะไกล

1.Passive remote sensing

        Passive remote sensing เปนระบบรีโมทเซนซิงที่ใชตั้งแตเริ่มแรกจนถึงปจจุบัน โดยมีดวงอาทิตยเปนแหลงกําเนิดพลังงานตามธรรมชาติ ระบบนี้จึงรับสัญญาณและบันทึกขอมูลไดในชวงเวลากลางวันเปนสวนใหญ ดวยการอาศัยการสะทอนพลังงานของวัตถุบนพื้นโลกดวยแสงอาทิตยดังนั้นระบบนี้จึงมีขอจํากัดดานสภาวะอากาศทําใหไมสามารถบันทึกขอมูลไดดีในชวงฤดูฝน หรือในช่วงเวลาที่มีเมฆ หมอกปกคลุมอยางหนาแนน อยางไรก็ตามระบบนี้สามารถบันทึกขอมูลในชวงคลื่นอินฟราเรดความรอน (Thermal Infrared) ซึ่งเปนการแผพลังงานความรอน(Emission)จากวัตถุบนพื้นผิวโลกในเวลากลางคืนได

2.Active remote sensing

       Active remote sensing เปนระบบรีโมทเซนซิงที่มีแหลงกําเนิดพลังงานจากการสรางขึ้นของอุปกรณสํารวจในชวงคลื่นไมโครเวฟ ที่นํามาใชในระบบเรดาร (Radio Detector and Ranging) โดยสงผานพลังงานนั้นไปยังพื้นที่เปาหมายและบันทึกสัญญาณการกระจัดกระจายกลับ(Backscatter) จากพื้นที่เปาหมาย ระบบนี้สามารถทํางานไดโดยไมมีขอจํากัดดานเวลาและสภาพภูมิอากา ทั้งยังสามารถสงสัญญาณทะลุผานกลุมเมฆ หมอก ฝน ทําใหสามารถบันทึกสัญญาณไดทั้งเวลากลางวันและกลางคืนในทุกฤดูกาล

ประเภทของระบบการสํารวจขอมูลจากระยะไกลที่สัมพันธกับยานความยาวคลื่นทั้ง 3 ประเภท

การสะทอนชวงคลื่นของพืชพรรณ ดิน และน้ำ

การสะทอนชวงคลื่น (Spectral Signature) ของพืชพรรณ ดิน และน้ํา

          พืช ดินและน้ํา เปนวัตถุปกคลุมผิวโลกเปนสวนใหญ การสะทอนพลังงานที่ความยาวชวงคลื่นตางกันของพืช ดินและน้ํา จะทําใหสามารถแยกประเภทของวัตถุชนิดตางๆ ไดโดยวัตถุทั้งสามชนิดหลักนี้ จะมีรูปแบบการตอบสนองตอชวงคลื่นตางๆเฉพาะตัว เรียกวา Spectral Signature หรือลายเซนตเชิงคลื่น โดยที่ชวงคลื่นเดียวกัน วัตถุตางชนิด จะใหคาการสะทอนพลังงานตางกันในขณะที่วัตถุชนิดเดียวกัน จะใหคาการสะทอนชวงคลื่นที่ตางกัน แตกตางกันออกไป ทําใหสามารถแยกแยะชนิดของวัตถุได

ลายเซ็นชวงคลื่นจากพืชที่สมบูรณดิน และน้ํา

• พืชพรรณ

         ในชวงคลื่นมองเห็น คลอโรฟลลของใบพืชดูดกลืนพลังงานที่ชวงความยาวคลื่น 0.45-0.65 ไมครอน ซึ่งเปนชวงคลื่นสีน้ําเงินและสีแดง สะทอนพลังงานที่ความยาวคลื่น 0.5 ไมครอน ดังนั้นดวงตามนุษยจึงมองเห็นใบพืชเปนสีเขียว ถาใบพืชมีอาการผิดปกติเชน แหง เหี่ยว ทําใหคลอโรฟลลลดลงก็จะทําใหการสะทอนที่คลื่นสีแดงสูงขึ้น ในชวงคลื่นอินฟราเรดสะทอน (Reflected Infrared) (0.7-1.3 ไมครอน) การสะทอนพลังงานของใบพืชจะสูง คือ จะสะทอนพลังงานประมาณ 50 % ของพลังงานที่ตกกระทบ ซึ่งลักษณะของการสะทอน พลังงานนี้เปนผลเนื่องมาจากโครงสรางภายในของพืช(Cell Structure) เนื่องจากพืชก็จะสามารถแยกชนิดจะมีลักษณะโครงสรางภายในที่แตกตางกัน ดังนั้นถาวัดการสะทอนพลังงานในชวงนี้ก็จะสามารถแยกชนิดของพืชได แมวาการสะทอนพลังงานของพืชในชวงคลื่นเห็นไดจะใกลเคียงกัน ในทํานองเดียวกันการสะทอนพลังงานที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดสะทอน ของพืชที่มีอาการผิดปกติทางใบ จะมีความแตกตางไปจากการสะทอนที่มีความยาวคลื่นเดียวกันของพืชที่สมบูรณ ดังน้นระบบการสำรวจ ขอมูลจากระยะไกลที่สามารถบันทึกคาสะทอนของชวงคลื่นนี้ได สามารถใชสํารวจอาการผิดปกติของพืชไดในชวงคลื่นที่มีความยาวสูงกวา 1.3 ไมครอน พลังงาน สวนใหญจะถูกดูดกลืนหรือสะทอนมีการสงผานนอยมาก มักพบคาต่ําลงที่ชวงคลื่น 1.4, 1.9 และ2.7 เพราะวาในชวงเหลานี้น้ําในใบพืชจะดูดกลืนพลังงาน จึงเรียกวาชวงคลื่นเหลานี้วา ชวงคลื่นการดูดซับน้ํา (Water Absorption Bands) ดังนั้นคาการสะทอนพลังงานของใบพืชจึงแปรผกผันกับปริมาณน้ําท้งหมดในใบพ ั ืชสําหรับชวงคลื่นเหลานี้ดวย

• ดิน                                                                 

       ความสัมพันธระหวางการสะทอนพลังงานของดินกับความยาวคลื่นมีความแปรปรวนนอย ปจจัยหลักที่มีผลตอการสะทอนพลังงานของดิน คือ ความชื้นในดิน ปริมาณอินทรียวัตถุเนื้อดิน ปริมาณเหล็กออกไซดและความขรุขระของผิวดิน (Roughness) ปจจัยดังกลาวมีความซับซอน และสัมพันธซึ่งกันและกัน เชน ลักษณะเนื้อดิน มีความสัมพันธกับปริมาณน้ําในดิน ดินทรายหยาบมีการระบายน้ําดีจะสะทอนพลังงานสูง ดินละเอียดมีการระบายน้ําเลวจะสะทอนพลังงานต่ํา ดินที่มีอินทรียวัตถุสูงจะมีสีคล้ําดูดกลืนพลังงานสูงในชวงสายตามองเห็น เชนเดียวกับดินที่มีเหล็กออกไซดใน ปริมาณสูง จะปรากฏเปนสีเขม เนื่องจากการสะทอนพลังงานลดลง ดินที่มีผิวขรุขระมากก็จะทําใหการสะทอนของพลังงานลดลงเชนเดียวกัน แสดงลักษณะการสะทอนพลังงานของดินชนิดตางๆ ในสภาพความชื้นต่ํา

• น้ำ

           การสะทอนพลังงานของน้ํามีลักษณะตางจากวัตถุอื่นอยางชัดเจน โดยเฉพาะในชวงคลื่นอินฟราเรด ทําใหสามารถเขียนขอบเขตของน้ําได เนื่องจากน้ําที่ปรากฏอยูบนผิวโลกมีหลายสภาพ   ดวยกัน เชน น้ําขุน น้ําใส หรือน้ําที่มีสารตางๆ เจือปน ดังนั้นการสะทอนพลังงานจึงแตกตางกันออกไป บางครั้งพื้นที่ที่รองรับน้ําอาจจะมีผลตอการสะทอนพลังงานของน้ํา น้ําใสจะดูดกลืนพลังงานเล็กนอยที่ชวงคลื่นต่ําวา 0.6 ไมครอน การสงผานพลังงานเกิดขึ้นสูงในชวงแสงสีน้ําเงิน เขียวแตน้าที่มีตะกอนหรือสิ่งเจือปน การสะทอน และการสงผานพลังงานจะเปลี่ยนไป เชน น้ําที่มีตะกอนดินแขวนลอยอยูมาก จะสะทอนพลังงานไดมากกวาน้ําใส ถามีสารคลอโรฟลลในน้ํามากขึ้น การสะทอนชวงคลื่นสีน้ําเงินจะลดลงและจะเพิ่มขึ้นในชวงคลื่นสีเขียว ซึ่งอาจใชเปนประโยชนในการติดตามและคาดคะเนปริมาณสาหราย นอกจากนี้ขอมูลการสะทอนพลังงานยังเปนประโยชนในการสํารวจคราบน้ํามัน และมลพิษจากโรงงานได

ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานกับวัตถุบนพื้นผิวโลก

      ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานกับวัตถุบนพื้นผิวโลก(Energy Interaction with Earth Surface Features)

         เมื่อพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านชั้นบรรยากาศมาตกกระทบพื้นผิวโลก จะเกิดปฏิกิริยา 3 อย่างคือ การสะท้อนพลังงาน (Reflection = ER) การดูดซับพลังงาน (Absorption = EA) และการส่งผ่านพลังงาน (Transmission = ET) อันเป็นปรากฏการณ์ส าคัญในการส ารวจระยะของวัตถุบนพื้นผิวโลก  ซึ่งเขียนเป็นสมการความสมดุลย์พลังงาน (Energy Balance Equation) ได้ดังนี้

          เมื่อ EI(l ) = พลังงานตกกระทบ (Incident Energy) ซึ่งได้รับจากแหล่งพลังงาน สัดส่วนขอการดูดซึม การส่งผ่าน การสะท้อนพลังงานจะแตกต่างกันตามชนิดของวัตถุซึ่งทำให้สามารถแยกชนิดของวัตถุในภาพถ่ายได้นอกจากนี้ในวัตถุเดียวกันสัดส่วนของการเกิดปฏิกิริยาทั้งสามนี้จะแตกต่ากันตามความยาวของช่วงคลื่นที่ตกกระทบอีกด้วย วัตถุสองชนิดอาจจะไม่แตกต่างกันในช่วงคลื่นหนึ่ง แต่จะสามารถแยกจากกันได้ในอีกช่วงคลื่นหนึ่ง ในส่วนสายตามองเห็น ความแตกต่างกันทางด้านเชิงคลื่นรังสีของวัตถุจะแสดงให้เห็นในรูปของสีต่างๆ เช่น การที่เราเห็นวัตถุเป็นสีเขียวเนื่องจากวัตถุนั้นสะท้อนพลังงานในช่วงคลื่นสีเขียวมาก

       เนื่องจากระบบบันทึกพลังงานส่วนใหญ่จะบันทึกอยู่ในช่วงของพลังงานสะท้อน (ReflectedEnergy) นั่นคือบันทึกพลังงานที่สะท้อนมาจากวัตถุ ดังนั้นการศึกษาเพื่อแยกชนิดของวัตถุจึงเป็นการศึกษาการสะท้อนพลังงานของวัตถุซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี

             พลังงานที่สะท้อนมาจากวัตถุมีค่าเท่ากับพลังงานที่ตกระทบวัตถุ ลบด้วยพลังงานที่ถูกดูดซึมไว้และพลังงานที่ผ่านทะลุวัตถุนั้น

              ลักษณะพื้นผิวหน้าของวัตถุก็เป็นสิ่งส าคัญที่มีอิทธิพลต่อการสะท้อนพลังงาน วัตถุที่มีพื้นหน้าเรียบ มุมสะท้อนพลังงานจะเท่ากับมุมตกกระทบ เป็นลักษณะการสะท้อนแบบ Specular reflectors ส่วนวัตถุที่มีผิวหน้าขรุขระ การสะท้อนพลังงานจะไม่เป็นระเบียบ เรียกว่า Diffuse หรือ Lambertian reflectorsอย่างไรก็ตามวัตถุส่วนใหญ่จะมีลักษณะผสมผสานกันระหว่างสองลักษณะนี้

             นอกจากลักษณะของพื้นผิววัตถุแล้ว ยังต้องค านึงถึงความยาวของช่วงคลื่นที่ตกกระทบวัตถุด้วย ถ้าเป็นพลังงานช่วงคลื่นสั้นเมื่อเปรียบเทียบกับขนาดอนุภาคของวัตถุที่ประกอบเป็นผิวหน้าวัตถุ หรือความต่างระดับของผิวหน้าวัตถุ การสะท้อนแสงอาจเป็นแบบให้ลักษณะวัตถุพื้นผิวขรุขระได้ แต่ถ้าในวัตถุชนิดเดียวกันนี้ได้รับพลังงานตกกระทบในช่วงคลื่นยาว เมื่อเปรียบเทียบกับผิววัตถุการสะท้อนแสงก็อาจเป็นแบบลักษณะของวัตถุที่มีพื้นผิวราบได

ลักษณะการสะท้อนพลังงานจากพื้นผิววัตถุเรียบ (Specular reflector)และขรุขระ(Diffuse reflector)

        ในการสำรวจข้อมูลจากระยะไกลเป็นการวัดคุณสมบัติสัดส่วนในการสะท้อนพลังงานของวัตถุบนผิวโลก ณ ช่วงคลื่นใดช่วงคลื่นหนึ่ง เรียกว่า Spectral Reflectance ซึ่งหาได้จากสมการ

โดยมีหนวยเปน รอยละ นั่นเอง

           ดังนั้นพลังงานที่วัดไดโดยตัวรับสัญญาณ (Sensor) จึงประกอบดวยพลังงานที่สะทอนหรือแผจากพื้นผิววัตถุ พลังงานบางสวนจากปฏิกิริยาในชั้นบรรยากาศ พลังงานที่สะทอนกลับโดยตรงจากกอนเมฆ คาที่วัดไดนี้จะนอยหรือมาก หรือเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยูกับสภาวะของบรรยากาศ มุมของดวงอาทิตยมุมของตัวรบสั ัญญาณ คุณสมบัติของวัตถุในการสะทอน การดูดซึม และการสงผานพลังงาน

ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานในชั้นบรรยากาศ

        คลื่นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ แล้วสะท้อนกลับสู่บรรยากาศก่อนที่จะถูกบันทึกโดยอุปกรณ์สำรวจ บรรยากาศของโลกจะทำห้เกิดการเปลี่ยนแปลงของคลื่นพลังงานในด้านทิศทาง ความเข้ม ตลอดจนความยาวและความถี่ของช่วงคลื่นเพราะชั้นบรรยากาศประกอบ ด้วยฝุ่นละอองไอน้ำ และก๊าซต่างๆ ทำห้เกิดปฏิกิริยากับคลื่นพลังงาน 3 กระบวนการคือ การกระจัดกระจาย (Scattering) การดูดซับ (Absorption) และการหักเห (Refraction) ทำให้ปริมาณพลังงานตกกระทบผิวโลกน้อยลง

การกระจัดกระจาย(Scattering)

        เกิดขึ้นเนื่องจากอนุภาคเล็กๆ ในบรรยากาศมีทิศทางการกระจายไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคและความยาวคลื่น ซึ่งแยกได้3 ประเภท ดังนี้

ก) Rayleigh Scattering เกิดขึ้นเนื่องจากขนาดของอนุภาคมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเล็กกว่าความยาวคลื่นที่ตกกระทบ ทำให้เกิดสภาวะหมอกควัน (Haze) ส่งผลให้ความคมชัดของภาพลดลง

ข) Mie Scattering เกิดขึ้นเมื่อขนาดของอนุภาคมีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น เช่นไอน้ำฝุ่นละออง เกิดในความยาวของช่วงคลื่นยาวกว่าแบบแรก

ค) การกระจัดกระจายแบบไร้ระบบ (Nonselective Scattering) เกิดขึ้นเมื่อเส้นผ่าศูนย์กลางของอนุภาคมีขนาดใหญ่กว่า ความยาวคลื่นที่ตกกระทบ เช่น หยดน้ำ หรือเมฆ โดยทั่วไปมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางอนุภาค 5-10 ไมครอน จะสะท้อนความยาวคลื่นตามองเห็น (VisibleWavelength) และคลื่นอินฟราเรดสะท้อน (Reflected Infrared) ได้เกือบเท่ากัน ซึ่งในช่วงความยาวคลื่นตามองเห็น ปริมาณของคลื่นต่างๆ เช่น น้ าเงิน สีขาวและช่วงคลื่นสะท้อนทุกทิศทางเท่ากันท าให้มองเห็นเฆมเป็นสีขาว

การดูดซับ (Absorption)

        การดูดซึมทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน การดูดซึมพลังงานจะเกิดขึ้นที่ความยาวของคลื่นบางช่วง สารที่ดูดซึมพลังงานที่สำคัญในบรรยากาศได้แก่ ไอน้ำ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แลโอโซน เนื่องจากสารเหล่านี้จะดูดซึมพลังงานที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ ดังนั้นจะมีบางช่วงคลื่นที่สามารถทะลุทะลวงหรือผ่านชั้นบรรยากาศลงมาที่ผิวโลกได้เรียกว่า หน้าต่างบรรยากาศ (Atmospheric Window)หน้าต่างบรรยากาศในช่วงความยาวคลื่นตามองเห็น (0.3-0.7 m m) และช่วงอินฟราเรดสะท้อนกับอินฟราเรดช่วงความร้อน ช่วงของหน้าต่างบรรยากาศเหล่านี้จะมีประโยชน์ต่อการพัฒนาเลือกระบบอุปกรณ์บันทึกภาพในสัมพันธ์กับการสะท้อนของช่วงคลื่นต่าง ๆ

การหักเห (Refraction)

       เกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางผ่านบรรยากาศที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน ซึ่งปริมาณการหักเหกำหนดโดยค่าดัชนีของการหักเห ที่เป็นอัตราส่วนระหว่างความเร็วของแสงในสูญญากาศกับความเร็วของแสงในชั้นบรรยากาศ ทำให้มีผลต่อการคลาดเคลื่อนของตำแหน่งที่ปรากฏบนภาพ แต่สามารถปรับแก้ไขได้ โดยกระบวนการปรับแก้ภาพภายหลัง

ช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับการทะลุทะลวงผ่านชั้นบรรยากาศสู่ผิวโลก(Atmospheric Window)

พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการแผ่รังสี

ทฤษฎีอนุภาค (Particle Theory)
      การอธิบายลักษณะพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ายังสามารถอธิบายได้ด้วย ทฤษฎีอนุภาค
(Particle Theory) กล่าวคือ การแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วยหน่วยอิสระที่เรียกว่าโฟตอน(Photon) หรือควันตา (Quanta) พลังงานของแต่ละควันตาจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของคลื่น ดังนี้

         

          โดยที่ E = พลังงานของ 1 quantum มีหน่วยเป็น Joules

                h = ค่าคงที่ของพลังค์(Planck's constant) = 6.626 x 10-34 J.sec

                f = ค่าความที่คลื่น

          หรืออาจจะเปลี่ยนให้อยู่ในรูปความยาวคลื่นได้ดังนี้



        ดังนั้นพลังงานจะเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่น คือ ความยาวคลื่นมากจะให้พลังงานต่่าดังนั้น ถ้าวัตถุใดส่งพลังงานช่วงคลื่นยาว เช่น ไมโครเวฟ การตรวจรับพลังงานโดยอุปกรณ์ทางการสำรวจข้อมูลจากระยะไกลที่ช่วงคลื่นนี้จะยากกว่าการตรวจรับพลังงานที่ช่วงคลื่นสั้น ดังนั้น ถ้าต้องการบันทึกพลังงานช่วงคลื่นยาวจะต้องบันทึกพลังงานในบริเวณกว้างและใช้เวลาในการบันทึกนานพอ

Stefan-Boltzmann Law 

    ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดของการสำรวจข้อมูลจากระยะไกล อย่างไรก็ตาม สสารทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า องศาสมบูรณ์(0 องศา K หรือ -273 องศา C) จะสามารถเปล่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง โดยมีขนาดและส่วนประกอบของช่วงคลื่นแตกต่างกันไป ซึ่งพลังงานที่วัตถุแผ่ออกมามากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของผิววัตถุ สามารถค านวณได้จาก กฏของStefan Boltzmann ดังนี้

       การแผ่พลังงานทั้งหมดจากวัตถุจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสมบูรณ์กำลัง 4 ดังนั้นจะเห็นได้ว่าพลังงานที่ออกมาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

        โดยกฎนี้จะใช้ได้กับวัตถุที่มีลักษณะเรียกว่า เทหวัตถุสีดำ (Black Body) ซึ่งเป็นวัตถุสมมุติที่มีคุณสมบัติในการดูดกลืนพลังงานทั้งหมด ที่มาตกกระทบ (Incident energy) และจะแผ่พลังงานออกไปได้สูงสุด ณ อุณหภูมิต่างๆ ซึ่งในความเป็นจริงไม่มีวัตถุใดที่มีสภาพแบบนี้มีเพียงใกล้เคียงเท่านั้น โดยพลังงานที่แผ่ออกไปจะแปรผันกับอุณหภูมิของวัตถุและความยาวช่วงคลื่น และมีการกระจายตัวของสเปคตรัมแตกต่างกันไปซึ่งวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่า จะให้พลังงานออกมาสูงกว่า โดยเอียงไปทางด้านที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า เช่น ที่อุณหภูมิผิวดวงอาทิตย์(6000 K) Black body จะปล่อยพลังงานสูงสุด ที่ช่วงคลื่นแสงสว่าง (visible band) ในขณะที่ ณ อุณหภูมิผิวโลก (300 K) จะปล่อยพลังงานสูงสุด ที่ช่วงคลื่นอิฟราเรดความร้อน (Thermal infrared band) เป็นต้น

ลักษณะการแผ่พลังของเทหวัตถุสีดำ (Black body) ณ อุณหภูมิต่างๆ

Planck Law

     เราสามารถคำนวณหาพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ ณ ความยาวคลื่นที่กำหนดได้จาก กฎของ Planck ดังนี้

Wien's Displacement Law

       จะเห็นได้ว่าพลังงานที่ออกมาจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความยาวช่วงคลื่น ดังนั้นเมื่อทราบอุณหภูมิก็สามารถคำนวณหาความยาวคลื่นที่ให้พลังงานสูงสุดได้จากกฏการรแทนที่ของเวียน

(Wien's Displacement Law) ดังนี้

กระบวนการการส ำรวจข้อมูลระยะไกล

สำหรับกระบวนการการสำรวจข้อมูลระยะไกล ประกอบด้วยสองกระบวนการหลัก

1) การรับข้อมูลและบันทึกสัญญาณข้อมูล (Data acquisition) โดย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

(Electromagnetic spectrum) จากแหล่งกำเนิดพลังงาน (ดวงอาทิตย์) (ก) เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ (ข) เกิดปฏิสัมพันธ์ของพลังงานกับรูปลักษณ์พื้นผิวโลก (ค) และเดินทางเข้าสู่อุปกรณ์บันทึกข้อมูล (Sensor) ที่ติดตั้งในตัวยาน (Airborne or Spaceborne) (ง) และถูกบันทึก และผลิตเป็นข้อมูลในรูปแบบภาพ (Sensor Data inPictorial หรือPhotograph) และ/หรือรูปแบบเชิงตัวเลข(Digital Form) (จ)

2) การวิเคราะห์ข้อมูล (Data analysis) ประกอบด้วยการแปลความข้อมูลด้วยสายตา (Visual

Interpretation) และการวิเคราะห์เชิงตัวเลข(Digital Analysis) (ฉ)

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Spectrum)
     คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานต่อเนื่องที่มีค่าความยาวของช่วงคลื่นหลายเมตรถึงเศษส่วนของพันล้านเมตร (Nanometer; 10-9ม) โดยดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานในรูปแม่เหล็กไฟฟ้าทางธรรมชาติที่สำคัญและเป็นหลักทางการสำรวจข้อมูลจากระยะไกล ซึ่งจะแผ่พลังงานไปตามทฤษฎีของคลื่น(Wave Theory) ที่มีการเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิค (Harmonic) มีช่วงซ้ำและจังหวะเท่ากันในเวลาหนึ่งมีความเร็วเท่าแสง (c) ระยะทางจากยอดคลื่นถึงยอดคลื่นถัดไปเรียกว่าความยาวคลื่น และจำนวนยอดคลื่นี่เคลื่อนผ่านจุดคงที่จุดหนึ่งต่อหน่วยเวลา เรียกว่า ความถี่คลื่น (f ซึ่งมีความสัมพันธ์กับความเร็วคลื่น คือ

ลักษณะของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Spectrum)

       ความยาวคลื่นและความถี่คลื่น มีความสัมพันธ์กันแบบผกผัน คือ ความยาวคลื่นมากความถี่จะน้อย ความยาวคลื่นมีหน่วยวัดเรียกว่า ไมโครมิเตอร์(Micrometer, m m) หรือไมครอน (Micron,) ซึ่งเท่ากับ 0.000001 ม. หรือ10-6ม.

      คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แบ่งออกได้ตามความยาวของคลื่นที่เรียกว่า ช่วงคลื่น (Band) ตั้งแต่ช่วงคลื่นที่มีความยาวสั้นที่สุด คือ รังสีคอสมิค (Cosmic ray) มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 10-10 ไมครอน จนถึงช่วงคลื่นวิทยุที่มีความยาวคลื่นหลายกิโลเมตร สำหรับคุณสมบัติของช่วงคลื่น ประกอบไปด้วยช่วงคลื่นตามลำดับของความยาวดังนี้รังสีแกมม่า รังสีเอ็กซ์อุลตราไวโอเล็ต ตามองเห็น อินฟราเรด ไมโครเวฟ และคลื่นวิทยุ(ตารางที่1)

ช่วงคลื่น (Band) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

     1. ช่วงคลื่นเชิงแสง (Optical Wavelength) อยู่ระหว่าง 0.4 - 14 ไมครอน ซึ่งสามารถถ่ายภาพและบันทึกภาพด้วยฟิล์มถ่ายรูป และอุปกรณ์บันทึกภาพ (Sensor) โดยประกอบไปด้วย ช่วงคลื่นที่มีผลตอบสนองต่อตาของมนุษย์หรือช่วงคลื่นแสงสว่าง(Visible light) อยู่ระหว่าง 0.4 - 0.7 ไมครอน แบ่งเป็น 3 ช่วงคือ น้ าเงิน เขียว และแดง ถัดมาเป็นช่วงคลื่นอินฟราเรดช่วงใกล้(Near Infrared) หรืออินฟราเรดสะท้อนแสงระหว่าง 0.7-3 ไมครอน และอินฟราเรดช่วงความร้อน(Thermal Infrared) ระหว่าง 3-15 ไมครอน

     2. ช่วงคลื่นไมโครเวฟ (Microwave Wavelength) อยู่ระหว่าง 1 มม. - 1 ม. โดยช่วงคลื่นในกลุ่มนี้จะเรียกหน่วยนับเป็นหน่วยความถี่ ต่างจากกลุ่ม Optical ที่มีหน่วยเป็นความยาวคลื่นที่รู้จักกันดีก็คือระบบเรดาร์(RADAR) ซึ่งจะท าการบันทึกข้อมูลในช่วงคลื่นความถี่ระหว่าง 3-12.5 GHz (ความยาวคลื่นระหว่าง 2.4-100 เซนติเมตร) ซึ่งสามารถแบ่งเป็น แบนด์ต่างๆ ได้ดังนี้

- X -band ความถี่8 -12.5 GHz หรือความยาวคลื่น 2.4 -3.75 ซม.

- C -band ความถี่4 -8 GHz หรือความยาวคลื่น 3.75 -7.5 ซม.

- S -band ความถี่2 -4 GHz หรือความยาวคลื่น 7.5 -15 ซม.

- L -band ความถี่1 -2 GHz หรือความยาวคลื่น 15 -30 ซม.

- P -band ความถี่0.3 -1 GHz หรือความยาวคลื่น 30 -100 ซม.

ตารางช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและคุณสมบัต

ความหมาย

     

    เทคโนโลยีการสำรวจทรัพยากรด้วยดาวเทียม หรือการสำรวจข้อมูลจากระยะไกล(Remote Sensing) ในประเทศไทย ได้เริ่มขึ้นอย่างจริงจัง ตั้งแต่ ปีพ.ศ. 2514 โดย คณะรัฐมนตรีได้มีมติแต่งตั้งคณะกรรมการแห่งชาติว่าด้วยการประสานงานกองสำรวจทรัพยากรธรรมชาติด้วยดาวเทียม ประกอบด้วยกรรมการผู้ทรงคุณวุฒิจากหน่วยงานต่างๆ รวมทั้งได้อนุมัติให้เข้าร่วมโครงการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติด้วยดาวเทียม ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ(NASA) ในการใช้ประโยชน์ข้อมูลดาวเทียมสำรวจทรัพยากร ดวงแรก ได้แก่ LANDSAT-1 โดยตั้งเป็นโครงการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติด้วยดาวเทียมภายใต้ สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ซึ่งต่อมาภายหลังได้รับการยกฐานะขึ้นเป็นกองสำรวจทรัพยากรธรรมชาติด้วยดาวเทียม ในปีพ.ศ. 2522 และโดยที่ได้มีหน่วยงานต่างๆ นำเอาข้อมูลดาวเทียมไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง ดังนั้น ครม. จึงได้อนุมัติให้สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติจัดตั้งสถานีรับสัญญาณดาวเทียมสำรวจทรัพยากร ขึ้นมาในปีพ.ศ. 2523 เพื่อท าหน้าที่ในการรับและผลิตข้อมูลดาวเทียม นับเป็นสถานีแห่งแรกในภูมิภาคเอเซียตะวันออกเฉียงใต้ โดยในปัจจุบันกิจกรรมเหล่านี้ได้โอนไปอยู่ภายใต้หน่วยงาน "สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (องค์การมหาชน) ซึ่งตั้งขึ้นเมื่อวันที่2 พฤศจิกายน พ.ศ.2543
        ข้อมูลที่ได้จากดาวเทียมสำรวจทรัพยากรเหล่านี้ได้นำไปใช้งานในการสำรวจและติดตาม
การเปลี่ยนแปลงของทรัพยากร และสิ่งแวดล้อม ในหลายสาขา อาทิเช่น การใช้ที่ดิน การป่าไม้การเกษตร ธรณีวิทยา อุทกวิทยา สมุทรศาสตร์และสิ่งแวดล้อม เป็นต้น โดยหน่วยงานที่เกี่ยวข้องได้รับการพัฒนา ทั้งทางด้านบุคลากรและเครื่องมือเพื่อให้สามารถใช้ประโยชน์จากข้อมูลเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

        คําวา “รีโมทเซนซิ่ง“ (Remote Sensing) ประกอบขึ้นมาจากการรวม 2 คําซึ่งแยกออกไดดังนี้ คือ

Remote = ระยะไกล

Sensing = การรับรู

      Remote Sensing  เป็นวิทยาศาสตร์และศิลปะการได้มาซึ่งข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุ พื้นที่ หรือปรากฏการณ์จากเครื่องมือบันทึกข้อมูล (Sensor) โดยปราศจากการเข้าไปสัมผัสวัตถุเป้าหมาย ทั้งนี้อาศัย คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Energy) เปนสื่อในการไดมาของขอมูล 3 ลักษณะคือ ชวงคลื่น (spectral) รูปทรงสัณฐานของวัตถุ(Spatial) บนพื้นโลก และการเปลี่ยนแปลงตามชวงเวลา (Temporal)”

     ในภาษาไทย Remote Sensing มีหลายคำที่ใช้กันอยู่ได้แก่"การสำรวจข้อมูลจากระยะไกล" "การสำรวจข้อมูลด้วยดาวเทียม" "การรับรู้จากระยะไกล" "โทรสัมผัส" และ "โทรนิทัศน์" เป็นต้น โดยคำที่ใช้กันอย่างกว้างขวางและเป็นทางการคือ"การสำรวจข้อมูลจากระยะไกล"

       หากพิจารณาตามความหมายที่กลาวมา การสํารวจจากระยะไกล จะเกี่ยวของกับการสํารวจเก็บบันทึกขอมูลอยางเปนระบบ ซึ่งประกอบดวย แหลงขอมูลที่ตองการศึกษา(DataSource) พลังงานคลื่นแมเหล็กไฟฟาElectromagnetic Energy) อุปกรณบันทึกขอมูล(Sensor) และกรรมวิธีประมวลผลขอมูล (Data Processing)

       ในปจจุบันนี้อาจกลาวไดวารีโมทเซนซิ่ง เปนเครื่องมือทางการวิจัยที่มีประสิทธิภาพมากเพราะไดขอมูลที่ทันตอเหตุการณ เปนขอมูลที่ครอบคลุมบริเวณกวาง และสามารถบันทึกภาพในบริเวณเดิมในเวลาที่แนนอนเหมาะที่จะนํามาใชศึกษาเรื่องการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงเปนขอมูลที่เพิ่มประสิทธิภาพของมนุษยในการวางแผนงานและการตัดสินใจไดดีขึ้น

ผู้จัดทำ

       

      นางสาวประภัสสร  สารเพ็ชร  รหันิสิต 56170198

กลุ่ม07

เสนอ

อาจารย์กฤษณะ  อิ่มสวาสดิ์ 

บล็อคนี้เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชา 876211 การสำรวจระยะไกล 1 (Remote Sensing) 

ภาคเรียนที่1    ปีการศึกษา  2557

คณะภูมิสารสนเทศศาสตร์  มหาวิทยาลัยบูรพา