การสำรวจระยะไกล (Remote sensing )
ความหมาย
การรับรู้จากระยะไกล หรือ รีโมทเซนซิ่ง คือ เป็นวิทยาศาสตร์และศิลปะในการได้มาซึ่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับวัตถุพื้นที่หาข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งต่างๆ พื้นที่และปรากฏการณ์ต่าง ๆ หรือปรากฏการณ์ ด้วยการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากเครื่องมือที่ใช้เก็บข้อมูล ซึ่งเครื่องมือบันทึกข้อมูลโดยปราศจากการเข้าไปสัมผัสกับวัตถุเป้าหมาย ทั้งนี้อาศัยคุณสมบัติของเคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นสื่อการได้มาซึ่งข้อมูล ใน 3 ลักษณะคือ ช่วงคลื่น รูปทรงสัณฐานของวัตถุบนพื้นผิวโลก และการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา

ระบบรีโมทเซนซิง ถ้าแบ่งตามแหล่งกำเนิดพลังงานที่ก่อให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มี 2 กลุ่มใหญ่ คือ
1. Passive remote sensing เป็นระบบที่ใช้กันกว้างขวางตั้งแต่เริ่มแรกจนถึงปัจจุบัน โดยมีแหล่ง พลังงานที่เกิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน ระบบนี้จะรับและบันทึกข้อมูลได้ ส่วนใหญ่ในเวลากลางวัน และมีข้อจำกัดด้านภาวะอากาศไม่สามารถรับข้อมูลได้ในฤดูฝนหรือเมื่อมีเมฆหมอกฝน
2. Active remote sensing เป็นระบบที่แหล่งพลังงานเกิดจากการสร้างขึ้นในตัวของเครื่องมือสำรวจ เช่น ช่วงคลื่นไมโครเวฟที่สร้างในระบบเรดาห์ แล้วส่งพลังงานนั้นไปยังพื้นที่เป้าหมาย ระบบนี้ สามารถทำการรับและบันทึกข้อมูล ได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเวลา หรือ ด้านสภาวะภูมิอากาศ คือสามารถรับส่งสัญญาณได้ทั้งกลางวันและกลางคืน อีกทั้งยังสามารถทะลุผ่านกลุ่มเมฆ หมอก ฝนได้ในทุกฤดูกาลในช่วงแรกระบบ passive remote sensing ได้รับการพัฒนามาก่อน และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ส่วนระบบ active remote sensing มีการพัฒนาจากวงการทหาร แล้วจึงเผยแพร่เทคโนโลยีนี้ต่อกิจการพลเรือนในช่วงหลัง การสำรวจในด้านนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นโดยเฉพาะกับประเทศในเขตร้อนที่มีปัญหาเมฆ หมอก ปกคลุมอยู่เป็นประจำ

หลักการของรีโมตเซนซิง
หลักการของรีโมตเซนซิงประกอบด้วยกระบวนการ 2 กระบวนการ ดังต่อไปนี้คือ
1. การได้รับข้อมูล (Data Acquisition) เริ่มตั้งแต่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดพลังงาน เช่น ดวงอาทิตย์ เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ, เกิดปฏิสัมพันธ์กับวัตถุบนพื้นผิวโลก และเดินทางเข้าสู่เครื่องวัด/อุปกรณ์บันทึกที่ติดอยู่กับยานสำรวจ (Platform) ซึ่งโคจรผ่าน ข้อมูลวัตถุหรือปรากฏการณ์บนพื้นผิวโลกที่ถูกบันทึกถูกแปลงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ส่งลงสู่สถานีรับภาคพื้นดิน (Receiving Station) และผลิตออกมาเป็นข้อมูลในรูปแบบของข้อมูลเชิงอนุมาน (Analog Data) และข้อมูลเชิงตัวเลข(Digital Data) เพื่อนำไปนำวิเคราะห์ข้อมูลต่อไป
2. การวิเคราะห์ข้อมูล (Data Analysis) วิธีการวิเคราะห์มีอยู่ 2 วิธี คือ
- การวิเคราะห์ด้วยสายตา (Visual Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลออกมาในเชิงคุณภาพ (Quantitative) ไม่สามารถ วัดออกมาเป็นค่าตัวเลขได้แน่นอน
- การวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ (Digital Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลในเชิงปริมาณ (Quantitative) ที่สามารถแสดงผลการวิเคราะห์ออกมาเป็นค่าตัวเลขได้
การวิเคราะห์หรือการจำแนกประเภทข้อมูล
การวิเคราะห์หรือการจำแนกประเภทข้อมูลต้องคำนึงถึงหลักการดังต่อไปนี้
1. Multispectral Approach คือ ข้อมูลพื้นที่และเวลาเดียวกันที่ถูกบันทึกในหลายช่วงคลื่น ซึ่งในแต่ละช่วงความยาวคลื่น (Band) ที่แตกต่างกันจะให้ค่าการสะท้อนพลังงานของวัตถุหรือพื้นผิวโลกที่แตกต่างกัน
2. Multitemporal Approach คือ การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา จำเป็นต้องใช้ข้อมูลหลายช่วงเวลา เพื่อนำมาเปรียบเทียบหาความแตกต่าง
3. Multilevel Approach คือ ระดับความละเอียดของข้อมูลในการจำแนกหรือวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้งาน เช่น การวิเคราะห์ในระดับภูมิภาคก็อาจใช้ข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT ที่มีรายละเอียดภาพปานกลาง (Medium Resolution) แต่ถ้าต้องการศึกษาวิเคราะห์ในระดับจุลภาค เช่น ผังเมือง ก็ต้องใช้ข้อมูลดาวเทียมที่ให้รายละเอียดภาพสูง (High Resolution) เช่น ข้อมูลจากดาวเทียม SPOT, IKONOS, หรือรูปถ่ายทางอากาศเป็นต้น
คุณสมบัติของภาพจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากร
• การบันทึกข้อมูลเป็นบริเวณกว้าง (Synoptic view) ภาพจากดาวเทียมภาพหนึ่งๆ ครอบคลุมพื้นที่กว้างทำให้ได้ข้อมูลในลักษณะต่อเนื่องในระยะเวลาบันทึกภาพสั้นๆ สามารถศึกษาสภาพแวดล้อมต่างๆ ในบริเวณกว้างขวางต่อเนื่องในเวลาเดียวกันทั้นภาพ เช่น ภาพจาก LANDSAT MSS และ TM หนึ่งภาพคลุมพื้นที่ 185X185 ตร.กม. หรือ 34,225 ตร.กม. ภาพจาก SPOT คลุมพื้นที่ 3,600 ตร.กม. เป็นต้น

•
การบันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่น
ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรมีระบบกล้องสแกนเนอร์
ที่บันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่นในบริเวณเดียวกัน ทั้งในช่วงคลื่นที่เห็นได้ด้วยตาเปล่า
และช่วงคลื่นนอกเหนือสายตามนุษย์ ทำให้แยกวัตถุต่างๆ บนพื้นผิวโลกได้อย่างชัดเจน
เช่น ระบบ TM มี 7 ช่วงคลื่น เป็นต้น
• การบันทึกภาพบริเวณเดิม
(Repetitive coverage) ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรมีวงโคจรจากเหนือลงใต้
และกลับมายังจุดเดิมในเวลาท้องถิ่นอย่างสม่ำเสมอและในช่วงเวลาที่แน่นอน เช่น LANDSAT
ทุก ๆ 16 วัน MOS ทุกๆ 17 วัน เป็นต้น ทำให้ได้ข้อมูลบริเวณเดียวกันหลายๆ
ช่วงเวลาที่ทันสมัยสามารถเปรียบเทียบและติดตามการเปลี่ยนแปลงต่างๆ
บนพื้นผิวโลกได้เป็นอย่างดี และมีโอกาสที่จะได้ข้อมูลไม่มีเมฆปกคลุม
• การให้รายละเอียดหลายระดับ
ภาพจากดาวเทียมให้รายละเอียดหลายระดับ
มีผลดีในการเลือกนำไปใช้ประโยชน์ในการศึกษาด้านต่างๆ ตามวัตถุประสงค์ เช่น
ภาพจากดาวเทียม SPOT ระบบ PLA มีรายละเอียด
10 ม. สามารถศึกษาตัวเมือง เส้นทางคมนาคมระดับหมู่บ้าน
ภาพสีระบบ MLA มีรายละเอียด 20 ม.
ศึกษาการบุกรุกพื้นที่ป่าไม้เฉพาะจุดเล็กๆ และแหล่งน้ำขนาดเล็ก และภาพระบบ TM
รายละเอียด 30 ม.
ศึกษาสภาพการใช้ที่ดินระดับจังหวัด เป็นต้น
• ภาพจากดาวเทียมสามารถให้ภาพสีผสม
(False color composite) ได้หลายแบบ
ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ที่ต้องการขยายรายละเอียดเฉพาะเรื่องให้เด่นชัดเจน
สามารถจำแนกหรือมีสีแตกต่างจากสิ่งแวดล้อม
• การเน้นคุณภาพของภาพ (Image
enhancement) ภาพจากดาวเทียมต้นฉบับสามารถนำมาปรับปรุงคุณภาพให้มีรายละเอียดเพิ่มขึ้น
โดยการปรับเปลี่ยนค่าความเข้ม ระดับสีเทา เพื่อเน้นข้อมูลที่ต้องการศึกษาให้เด่นชัดขึ้น

จากภาพเป็นการแสดงภาพถ่ายทางอากาศบริเวณจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
และทำการซ้อนทับกับข้อมูลขอบเขตอาคารและการใช้ประโยชน์ของที่ดิน
ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบระหว่างข้อมูลระยะไกลกับข้อมูลภาคสนามแล้วจะเห็นได้ว่า
ข้อมูลจากการสำรวจระยะไกลจะให้รายละเอียดของข้อมูลน้อยกว่าการสำรวจภาคสนาม
แต่จะให้ชอบเขตของการสำรวจที่กว้างกว่า
และข้อมูลที่ได้จะเป็นข้อมูลที่ได้จากการเก็บตัวอย่างเพียงครั้งเดียว
เมื่อกล่าวถึงเทคโนโลยีการสำรวจระยะไกล มีองค์ประกอบที่จะต้องพิจารณาคือ
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นสื่อที่ใช้เชื่อมระหว่างเครื่องวัด กับวัตถุที่ต้องการสำรวจเครื่องมือวัด
ซึ่งเป็นตัวกำหนดช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่จะใช้ในการตรวจวัด
ตลอดจนรูปลักษณะของข้อมูลที่จะตรวจวัดได้ ยานที่ใช้ติดตั้งเครื่องมือวัด
ซึ่งเป็นตัวกำหนดระยะระหว่างเครื่องมือวัด กับสิ่งที่ต้องการวัด
ขอบเขตพื้นที่ที่เครื่องมือวัดสามารถครอบคลุมได้ และช่วงเวลาในการตรวจวัดการแปลความหมายของข้อมูลที่ได้จากการวัด
อันเป็นกระบวนการในการแปลงข้อมูลความเข้ม และรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่วัดได้
ออกเป็นข้อมูลที่ต้องการสำรวจวัดอีกต่อหนึ่ง
ช่วงคลื่นแสง
รีโมตเซนซิงช่วงคลื่นแสง (Optical remote sensing) เป็นการบันทึกข้อมูลในช่วงคลื่นแสง
ได้แก่ ช่วงคลื่นแสงตามองเห็น (visible), อินฟราเรดใกล้ (near infrared) และอินฟราเรดคลื่นสั้น
(shortwave infrared) จากการสะท้อนพลังงานแสงอาทิตย์เมื่อตกกระทบวัตถุบนพื้นผิวโลก

วัตถุแต่ละชนิดมีการสะท้อนและดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ในแต่ละช่วงคลื่นแตกต่างกัน
ค่าการสะท้อนเชิงคลื่นของแต่ละวัตถุนี้เรียกว่า "ลายเซ็นการสะท้อนเชิงคลื่น (spectral reflectance
signature)" ซึ่งเป็นลักษณะที่ใช้แยกความแตกต่างของวัตถุแต่ละชนิด
เช่น ค่าการสะท้อนแสงของน้ำโดยทั่วไปจะต่ำ แต่จะมีการสะท้อนสูงที่ปลายคลื่นน้ำเงิน
ซึ่งทำให้น้ำใสจะปรากฏเป็นสีน้ำเงินเข้ม ดินจะมีค่าการสะท้อนสูงกว่าพืชไปจนถึงช่วงคลื่นอินฟราเรด
ค่าการสะท้อนของดินขึ้นอยู่กับส่วนผสมของดิน
ตัวอย่างดินที่แสดงในภาพจะปรากฏเป็นสีน้ำตาล ส่วนพืชจะมีค่าการสะท้อนแสงที่แตกต่างดินและน้ำ คือ
ค่าการสะท้อนจะต่ำในช่วงคลื่นน้ำเงินและแดง
ในขณะที่จะมีค่าการสะท้อนสูงที่ช่วงคลื่นเขียวและช่วงคลื่นใกล้อินฟราเรด
การสะท้อนพลังงานของน้ำ
น้ำจะเป็นสารที่มีความสามารถในการดูดกลืนได้ดีในแทบทุกความยาวคลื่นลายเซ็นเชิงคลื่นของน้ำจึงอยู่ในระดับต่ำ
ช่วงคลื่นที่น้ำมีการสะท้อนแสงเห็นได้ชัดเจนคือ 0.4-0.75 ไมครอน
การสะท้อนพลังงานของน้ำใสสูงที่สุดที่ปลายช่วงคลื่นสีน้ำเงินประมาณ0.57ไมครอน
และลดลงตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นภาพของพื้นที่น้ำใสจะปรากฏเป็นสีน้ำเงินเข้มถึงดำ
การสะท้อนแสงของน้ำนอกจากจะขึ้นอยู่กับธรรมชาติของน้ำเองแล้วยังขึ้นอยู่กับสิ่งต่าง
ๆ ที่ปนในน้ำด้วย กรณีที่แหล่งน้ำมีสิ่งเจือปนหรือสารแขวนลอยต่าง ๆ เช่น ตะกอน
สารเคมี จะมีผลให้รูปร่างของลายเซ็นเชิงคลื่นเปลี่ยนไป น้ำขุ่นหรือน้ำที่มีตะกอนดินจะมีการกระจายของแสงโดยสารแขวนลอย
จะมีการสะท้อนพลังงานปลายช่วงคลื่นสีแดง ดังนั้น น้ำขุ่นจึงปรากฏเป็นสีน้ำตาล
สารเจือปนที่เป็นคลอโรฟิลล์หรือพืชในน้ำจะดูดกลืนแสงทำให้การสะท้อนแสงลดลงโดยเฉพาะในช่วงคลื่นสีน้ำเงินและสีแดง แต่มีการสะท้อนเพิ่มขึ้นในช่วงคลื่นสีเขียว
ดังนั้นในการศึกษาคุณภาพน้ำจะใช้ข้อมูลการสะท้อนพลังงานในช่วงคลื่นสีเขียว(0.5-0.6ไมครอน)พื้นแหล่งน้ำมีอิทธิพลต่อการสะท้อนแสงในช่วงคลื่นต่างๆเช่น
ที่ความยาวคลื่นประมาณ 0.5-0.6ไมครอนจะสามารถเห็นพื้นน้ำที่ลึกได้18เมตรที่ความยาวคลื่นประมาณ0.6-0.7ไมครอนจะเห็นพื้นน้ำที่ลึก 3 เมตร ที่ความยาวคลื่นประมาณ 0.7-0.8 ไมครอน จะเห็นได้ลึก 1
เมตรสำหรับการสำรวจหาตำแหน่งและขอบเขตของแหล่งน้ำจะใช้ภาพในช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้เพราะน้ำจะดูดกลืนคลื่นแสงในช่วง 0.8 ไมครอนเป็นต้นไป จะเห็นแหล่งน้ำปรากฏเป็นสีดำ


การสะท้อนพลังงานของดิน

ลายเซ็นเชิงคลื่นของดินจะค่อนข้างเรียบง่ายกว่าของพืช
เนื่องจากปรากฏการณ์การสะท้อนพลังงานของดินมี 2 อย่าง คือ ถูกดูดกลืนหรือถูกสะท้อน
จะไม่มีการส่งผ่าน
ลายเซ็นเชิงคลื่นของดินจะเปลี่ยนแปลงตามค่าความชื้นในดิน
โดยเฉพาะในย่านอินฟราเรดใกล้ ซึ่งจะสะท้อนได้สูงขึ้นถ้าความชื้นลดลง
และจะใกล้เคียงกับการสะท้อนของพืชสีเขียวถ้าดินแห้งนอกจากนี้
การสะท้อนพลังงานของดินยังขึ้นกับองค์ประกอบของดิน ได้แก่ ความชื้นในดิน ปริมาณอินทรียวัตถุและ
ปริมาณเหล็กออกไซด์ในดิน เนื้อดิน และความขรุขระของพื้นผิว ดังตัวอย่างลายเส้นเชิงคลื่นของดินเหนียวและดินทราย
(ภาพล่าง)

เนื้อดินมีความสัมพันธ์กับความชื้นในดินและการสะท้อนแสงของดิน
ดินเหนียวมีอนุภาคขนาดเล็ก เรียงตัวอัดแน่น ช่องว่างระหว่างเม็ดดินแคบ
น้ำไหลผ่านได้ยากจึงสามารถเก็บความชื้นในดินได้มากกว่าทรายซึ่งมีช่องว่างระหว่างดินกว้างกว่า
และน้ำสามารถไหลผ่านได้ง่ายกว่า
ดินที่มีความชื้นมากจะมีการสะท้อนแสงน้อยเนื่องจากมีการดูดกลืนพลังงานที่ตกกระทบได้มาก
และมีการสั่นสะเทือนน้อย ดินเหนียวจึงมีค่าการสะท้อนแสงต่ำกว่าทราย เนื้อดินและการเรียงตัวของเนื้อดินมีความสัมพันธ์ต่อความขรุขระและความราบเรียบของผิวหน้าดิน
ดินเหนียวมีการเรียงตัวอัดแน่น ทำให้ผิวดินราบเรียบกว่าทรายที่ค่อนข้างขรุขระ
ผิวที่ราบเรียบจะทำให้มีการสะท้อนแสงได้มากกว่า สำหรับอิทธิพลของการดูดกลืนคลื่นแสงของน้ำที่ Water Absorption
Bands ทั้งสาม (ความยาวคลื่น 1.4, 1.9 และ 2.7
ไมครอน) ยังคงมีอิทธิพลในดินเหนียวมากกว่าทราย เนื่องจากทรายจะปล่อยน้ำซึมได้สะดวก
ดังนั้นถ้าทรายมีปริมาณความชื้นต่ำลงมาก (ร้อยละ 0-4) จะไม่มีอิทธิพลของ Water
Absorption Bands นอกจากอิทธิพลของน้ำในช่วง Water
Absorption Bands แล้ว ดินที่มีส่วนผสมของดินเหนียว เช่น ดิน silt
loam ยังมีการสะท้อนแสงลดลงเนื่องจากการดูดกลืนของสารประกอบ hydroxyl
ด้วย สำหรับ Hydroxyl Absorption Bands จะอยู่ในช่วงคลื่น
1.4 และ 2.2 ไมครอน โดยในช่วงคลื่น 1.4 ไมครอนจะเป็นช่วงคลื่นเดียวกันกับ Water
Absorption Bands
การสะท้อนพลังงานของพืช

ในช่วงพลังงานแสงที่ตามองเห็น (0.4 - 0.7 ไมครอน)
พืชสีเขียวจะมีการสะท้อนแสงค่อนข้างต่ำ เนื่องจากสารคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็น pigment ในใบไม้จะดูดกลืนแสงในย่านนี้ได้ดี โดยจะดูดกลืนพลังงานแสงที่ความยาวคลื่น
0.45 ไมครอน (สีน้ำเงิน) และ 0.65 ไมครอน (สีแดง) เรียกช่วงคลื่นนี้ว่า Chlorophyll
Absorption Bands พืชจะมีค่าการสะท้อนสูงสุดที่ความยาวคลื่น
0.54 ไมครอน (สีเขียว)
ทำให้มองเห็นพืชที่อุดมสมบูรณ์เป็นสีเขียวเนื่องจากมีคลอโรฟิลล์มาก
แต่เมื่อพืชขาดความอุดมสมบูรณ์ ไม่สามารถผลิตคลอโรฟิลด์ได้ดี
มีการสะท้อนแสงสีแดงมาก จึงเห็นพืชเป็นสีเหลืองที่เกิดจากการรวมกันของสีเขียวและสีแดง
ในช่วงอินฟราเรดใกล้ (0.7 - 1.3 ไมครอน)
พืชจะมีการสะท้อนแสงสูงที่ความยาวคลื่นประมาณ 0.75 - 1.3 ไมครอน
โดยพลังงานจะถูกสะท้อนประมาณร้อยละ 45 - 50 ของพลังงานที่ตกกระทบ
และจะถูกส่งผ่านประมาณร้อยละ 45 - 50 ส่วนพลังงานที่ดูดกลืนจะมีเพียงร้อยละ 5
หรือต่ำกว่าเท่านั้น องค์ประกอบที่มีอิทธิพลต่อลักษณะการสะท้อนแสง
ในช่วงคลื่นนี้คือ โครงสร้างของใบพืชที่แตกต่างกันไปตามชนิดของพืช
และจำนวนใบหรือความหนาแน่นของใบ
บริเวณใดที่พืชมีใบเรียงตัวเพียงชั้นเดียวจะสะท้อนแสงได้น้อยกว่าบริเวณที่มีใบพืชหนาแน่น


นอกจากนี้ลักษณะการสะท้อนพลังงานในช่วงอินฟราเรดใกล้ของพืชที่มีอาการผิดปกติทางใบจะแตกต่างจากพืชสมบูรณ์
ดังนั้นจึงสามารถใช้ค่าการสะท้อนพลังงานในช่วงอินฟราเรดใกล้สำรวจความผิดปกติทางใบของพืชได้อีกด้วย

ที่ความชื้นต่ำพืชจะมีสภาพอ่อนแอ ใบที่แห้งจะมีการสะท้อนแสงมากและการผลิตคลอโรฟิลล์จะต่ำด้วย
คลอโรฟิลล์จะมีอิทธิพลต่อการดูดซับและสะท้อนในช่วงที่ตามองเห็น
ทำให้ลักษณะกราฟในช่วงที่ตามองเห็นต่างออกไปด้วย
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น