การสำรวจจากระยะไกล Remote Sensing (RS)
คำนิยามของ "การสำรวจจากระยะไกล หรือ รีโมตเซนซิง" นั้น หมายถึง ขบวนการที่เป็นทั้งศิลป์และศาสตร์ ในการทำให้ได้มาซึ่งข้อมูล และข่าวสารเกี่ยวกับวัตถุ หรือเหตุการณ์ที่อยู่ในระยะไกลออกไป จากเครื่องมือบันทึกข้อมูล โดยปราศจากการสัมผัสโดยตรง ระหว่างเครื่องมือบันทึกข้อมูลกับวัตถุ หรือเหตุการณ์นั้นๆ การที่จะให้ได้มาซึ่งข้อมูล และข่าวสารดังกล่าวแล้ว จะต้องใช้เครื่องมือ หรืออุปกรณ์หลายอย่างประกอบกันเข้า เพื่อให้ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเครื่องมือ หรืออุปกรณ์เหล่านั้น ได้แก่ เครื่องบันทึกข้อมูล (sensors) กรรมวิธีข้อมูล (data processing) วิธีการ และกรรมวิธีสนเทศ การสื่อสาร อากาศยาน และยานอวกาศ ที่เหมาะสม รวมไปถึงระบบการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพจากอากาศยา นและยานอวกาศ เป็นอาทิ ซึ่งทั้งหมดที่กล่าวมานี้รวมกันเข้าเป็นวิธีการของ เทคโนโลยีการสำรวจทรัพยากรจากระยะไกลด้วยดาวเทียม
หลักการทำงานอย่างย่อๆ ของดาวเทียมสำรวจทรัพยากร คือ การสำรวจข้อมูลทรัพยากรจากระยะไกล ทำได้โดยอาศัยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีอยู่ทั่วไปในบรรยากาศรอบตัวเรา สำหรับเป็นพาหะในการสื่อข่าวสารเกี่ยวกับทรัพยากรต่างๆ รวมทั้งทรัพยากรการเกษตรที่เราสนใจด้วย วัตถุทุกอย่างในโลกมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่างกัน เมื่อนำเครื่องมือบันทึกข้อมูลขึ้นไปกับดาวเทียม เครื่องมือนั้นจะทำการบันทึกข้อมูล ซึ่งบอกถึงลักษณะต่างๆ ของวัตถุ หรือเหตุการณ์ต่างๆ ได้ ข้อมูลเบื้องต้นที่ได้มาอาจอยู่ในลักษณะตัวเลข ซึ่งบันทึกไว้ในจานแม่เหล็ก หรือในรูปของภาพถ่าย ซึ่งยังถือว่า เป็นข้อมูลดิบอยู่ จะต้องนำไปวิเคราะห์ให้ได้รายละเอียดของข่าวสาร (สนเทศ) อย่างถูกต้องก่อน ซึ่งทำได้ ๒ วิธี คือ การวิเคราะห์ด้วยสายตา และการวิเคราะห์โดยใช้คอมพิวเตอร์ ผลจากการวิเคราะห์ไม่ว่าจะเป็นวิธีใดก็ตาม จะแสดงถึงลักษณะที่แท้จริงของพื้นที่ หรือของบริเวณที่ทำการศึกษา และผลจากการศึกษานี้ โดยมากจะอยู่ในลักษณะแผนที่การจำแนกประเภทการใช้ที่ดิน หรือแผนที่แยกประเภททรัพยากรต่างๆ เป็นต้น
หลักการทำงานอย่างย่อๆ ของดาวเทียมสำรวจทรัพยากร คือ การสำรวจข้อมูลทรัพยากรจากระยะไกล ทำได้โดยอาศัยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีอยู่ทั่วไปในบรรยากาศรอบตัวเรา สำหรับเป็นพาหะในการสื่อข่าวสารเกี่ยวกับทรัพยากรต่างๆ รวมทั้งทรัพยากรการเกษตรที่เราสนใจด้วย วัตถุทุกอย่างในโลกมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่างกัน เมื่อนำเครื่องมือบันทึกข้อมูลขึ้นไปกับดาวเทียม เครื่องมือนั้นจะทำการบันทึกข้อมูล ซึ่งบอกถึงลักษณะต่างๆ ของวัตถุ หรือเหตุการณ์ต่างๆ ได้ ข้อมูลเบื้องต้นที่ได้มาอาจอยู่ในลักษณะตัวเลข ซึ่งบันทึกไว้ในจานแม่เหล็ก หรือในรูปของภาพถ่าย ซึ่งยังถือว่า เป็นข้อมูลดิบอยู่ จะต้องนำไปวิเคราะห์ให้ได้รายละเอียดของข่าวสาร (สนเทศ) อย่างถูกต้องก่อน ซึ่งทำได้ ๒ วิธี คือ การวิเคราะห์ด้วยสายตา และการวิเคราะห์โดยใช้คอมพิวเตอร์ ผลจากการวิเคราะห์ไม่ว่าจะเป็นวิธีใดก็ตาม จะแสดงถึงลักษณะที่แท้จริงของพื้นที่ หรือของบริเวณที่ทำการศึกษา และผลจากการศึกษานี้ โดยมากจะอยู่ในลักษณะแผนที่การจำแนกประเภทการใช้ที่ดิน หรือแผนที่แยกประเภททรัพยากรต่างๆ เป็นต้น
คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อในการได้มาของข้อมูลใน 3 ลักษณะ
- คลื่นรังสี (Spectral)
- รูปทรงสัณฐานของวัตถุบนพื้นผิวโลก (Spatial)
- การเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา (Temporal)
ปัจจุบันได้นำมาใช้ในการศึกษาและวิจัยอย่างแพร่หลาย เพราะ ประหยัดเวลา ค่าใช้จ่ายในการสำรวจเก็บข้อมูล ความถูกต้อง และรวดเร็วทันต่อเหตุการณ์ มีการพัฒนาให้ก้าวหน้าโดยมีการประดิษฐ์คิดค้นเครื่องมือรับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพสูง เทคนิคที่นำมาใช้ในการแปลตีความก็ได้รับการพัฒนาควบคู่กันไปให้มีความถูกต้อง แม่นยำ และรวดเร็วยิ่งขึ้น จึงปรากฏว่ามีการนำข้อมูลทั้งภาพถ่ายทางอากาศ และ ภาพถ่ายดาวเทียม มาใช้ประโยชน์เพื่อสำรวจหาข้อมูลและทำแผนที่เกี่ยวกับทรัพยากรธรรมชาติกันอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน
องค์ประกอบของระบบ RS
การตรวจวัดจากระยะไกลออกได้เป็น 3 ส่วนหลัก คือ
- แหล่งข้อมูลของการตรวจวัด (Sources) :ในที่นี้คือ พื้นผิวและบรรยากาศของโลก
- อุปกรณ์การตรวจวัดจากระยะไกล (Remote Sensor) : ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อ
- ระบบการประมวลผลข้อมูล (Data Processing System) : ใช้ผู้ปฏิบัติการและระบบคอมพิวเตอร์
ขั้นตอนการสำรวจทางรีโมทเซนซิง
การได้รับข้อมูล (Data acquisition) เป็นกระบวนการบันทึกพลังงานที่สะท้อนหรือส่งผ่านของวัตถุโดยเครื่องมือบันทึกข้อมูลบนยานสำรวจ (platform) แล้วส่งข้อมูลเหล่านั้นไปยังสถานีรับสัญญาณภาคพื้นดิน เพื่อผ่านกรรมวิธีการผลิตเป็นข้อมูล ซึ่งข้อมูลผลลัพธ์อยู่ได้ทั้งในรูปแบบของภาพถ่ายและข้อมูลเชิงตัวเลข ประกอบไปด้วย- แหล่งพลังงาน คือ ดวงอาทิตย์
- การเคลื่อนที่ของพลังงาน (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ผ่านชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งจะมีพลังงานบางส่วนต้องเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพของชั้นบรรยากาศโลก
- ลักษณะผิวหน้าของโลก ซึ่งพลังงานที่ผ่านชั้นบรรยากาศมาแล้วจะทำปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิวโลก
- ระบบถ่ายภาพหรือระบบการบันทึกข้อมูล ซึ่งความละเอียดของภาพขึ้นกับระดับความสูงของวงโคจร ความสามารถของระบบที่บันทึก และสภาพบรรยากาศของโลกขณะพลังงานสะท้อนกลับ
- ผลิตภัณฑ์ข้อมูล เป็นข้อมูลที่ได้รับทั้งในแบบข้อมูลเชิงตัวเลขและรูปภาพการวิเคราะห์ข้อมูล (Data analysis)ประกอบด้วยการวิเคราะห์ข้อมูล การแปลตีความ การผลิต และการนำไปใช้
- กระบวนการแปลภาพ ซึ่งอาจใช้ทั้งวิธีด้วยสายตา และ/หรือ ด้วยคอมพิวเตอร์
- ผลิตภัณฑ์สารสนเทศ
เทคโนโลยีการสำรวจของ Remote Sensing
มีการใช้เทคโนโลยีเข้ามาช่วยเพื่อให้มีการสำรวจที่ได้คุณภาพ และรวจเร็วยิ่งขึ้นรูปแบบของการตรวจวัดรังสี
ในการ ตรวจวัดข้อมูล ของพื้นผิวโลกหรือชั้นบรรยากาศ จากระยะไกล มักทำโดยใช้ อุปกรณ์การตรวจวัดที่ติดตั้งไว้บน สถานีติดตั้ง (platform) ซึ่งอยู่สูงจากผิวโลกพอควร เช่น เครื่องบิน บอลลูน หรือ บนดาวเทียม ซึ่งจะทำให้มันสามารถสำรวจผิวโลกได้เป็นพื้นที่กว้าง
ลักษณะของการตรวจวัด รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในระบบการตรวจวัดจากระยะไกล
ในการทำงาน อุปกรณ์ดังกล่าวจะตรวจวัด ความเข้ม ของรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EM Wave) ที่ ออกมา จากวัตถุที่มันกำลังมองดูอยู่เป็นหลัก และบันทึกผลไว้ในหน่วย กำลังต่อพื้นที่ต่อมุมตันที่มอง หรือ Watt/m2.sr ซึ่งจะเป็น ความเข้มเฉลี่ย ของรังสี ในกรอบการมอง แต่ละครั้ง บนผิวโลก (target area)
โดยทั่วไป อุปกรณ์ตรวจวัดแต่ละตัว มักจะถูกออกแบบมาให้ตรวจวัดได้ ดีที่สุด ในช่วงความยาวคลื่นแคบ ๆ ช่วงหนึ่งเท่านั้น เรียกว่าเป็น ช่วงคลื่นของการตรวจวัด (spectral range) หรือ แบนด์ (band) ของอุปกรณ์ ซึ่งที่พบมากมักอยู่ใน ช่วง UV ช่วงแสงขาว ช่วงอินฟราเรด และ ของสเปกตรัมคลื่น EMระบบรีโมทเซนซิง
แบ่งตามแหล่งกำเนิดพลังงานที่ก่อให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มี 2 กลุ่มใหญ่ คือ
- Passive remote sensing เป็นระบบที่ใช้กันกว้างขวางตั้งแต่เริ่มแรกจนถึงปัจจุบัน โดยมีแหล่ง พลังงานที่เกิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน ระบบนี้จะรับและบันทึกข้อมูลได้ ส่วนใหญ่ในเวลากลางวัน และมีข้อจำกัดด้านภาวะอากาศ ไม่สามารถรับข้อมูลได้ในฤดูฝน หรือเมื่อมีเมฆ หมอก ฝน
- Active remote sensing เป็นระบบที่แหล่งพลังงานเกิดจากการสร้างขึ้นในตัวของเครื่องมือสำรวจ เช่น ช่วงคลื่นไมโครเวฟที่สร้างในระบบเรดาห์ แล้วส่งพลังงานนั้นไปยังพื้นที่เป้าหมาย ระบบนี้ สามารถทำการรับและบันทึกข้อมูล ได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเวลา หรือ ด้านสภาวะภูมิอากาศ คือสามารถรับส่งสัญญาณได้ทั้งกลางวันและกลางคืน อีกทั้งยังสามารถทะลุผ่านกลุ่มเมฆ หมอก ฝนได้ในทุกฤดูกาล
หลักการและกระบวนการรีโมทเซนซิง (การสำรวจข้อมูลจากระยะไกล)
รีโมทเซนซิง เกิดจากหลักการในการใช้สื่อใน 3 ส่วน คือ ช่วงคลื่น (Spectral), รูปทรงสัณฐาน (Spatial) และการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา (Temporal) เพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลที่สนใจศึกษาในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ โดยไม่ต้องไปสัมผัสกับวัตถุนั้น - See more
เมื่อดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของพลังงาน ปล่อยพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Spectral) ออกมายังวัตถุที่พื้นผิวโลก ซึ่งมีลักษณะที่แตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่ (Spatial) เช่น ได้แก่ น้ำ ต้นไม้ สิ่งปลูกสร้าง หรือพื้นดินว่างเปล่า ในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ (Temporal) วัตถุแต่ละประเภทจะสะท้อนหรือแผ่รังสีที่เป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละวัตถุ ซึ่งมีลักษณะที่แตกต่างกันในแต่ละประเภทออกไป และ Sensor จะรับ/บันทึกพลังงานที่วัตถุนั้น ๆ ส่งมา ทำให้เราสามารถแปล/ตีความได้ว่าวัตถุนั้น ๆ คืออะไร
ประโยชน์ของการตรวจวัดจากระยะไกล
การตรวจวัดจากระยะไกลมี ข้อดี อยู่หลายประการ ซึ่งเป็นประโยชน์มากต่อการศึกษาองค์ประกอบและ โครงสร้างของบรรยากาศและพื้นผิวโลก ทั้งในระดับ ท้องถิ่นและระดับโลก อาทิเช่น
- ตรวจวัดครอบคลุมพื้นที่ได้เป็น บริเวณกว้าง ในแต่ละครั้ง โดยเฉพาะการตรวจวัดจากอวกาศ ทำให้มองภาพรวมได้ง่าย และได้ข้อมูลที่ค่อนข้างทันต่อเหตุการณ์
- ตรวจวัดได้ใน หลายระดับ ของ ความละเอียด ทั้งความละเอียดเชิงพื้นที่และความละเอียดเชิงรังสี ขึ้นอยู่กับความสามารถของอุปกรณ์ และระดับความสูงของสถานีติดตั้ง เป็นสำคัญ
- ตรวจวัดได้ อย่างต่อเนื่อง ทั้งในช่วงกลางวันและช่วงกลางคืน โดยเฉพาะการตรวจวัดในช่วง เทอร์มอลอินฟราเรด และ ไมโครเวฟ ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้แสงอาทิตย์ช่วยในการสำรวจ
- ตรวจวัดได้ใน หลายช่วงคลื่น ไม่เฉพาะในช่วงแสงขาวที่ตาเรามองเห็นเท่านั้น ทำให้ได้ข้อมูล เกี่ยวกับวัตถุหรือพื้นที่ที่ศึกษา มากกว่าที่เรารับรู้ตามปกติมาก
- ตรวจวัดข้อมูลในพื้นที่ ที่เข้าถึงทางพื้นดินลำบาก ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้ต้องการเพียงสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มาจากพื้นที่ที่ศึกษา เท่านั้นในการทำงาน
แนวทางการใช้ประโยชน์ ข้อมูลที่ได้มาจากการตรวจวัดระยะไกล
- การสำรวจทางโบราณคดีและมานุษยวิทยา (Archaeology and Anthropology Study) ที่ สำคัญคือ การสำรวจ ที่ตั้ง ของแหล่งโบราณสถาน ในพื้นที่ซึ่งยากต่อการเข้าถึงทางพื้นดิน รวมถึง ที่อยู่ ใต้ผิวดินไม่ลึกมากนัก โดยมักใช้ข้อมูลที่ได้จากเรดาร์และเครื่องวัดการแผ่รังสีช่วง IRการรังวัดภาพและการทำแผนที่ (Photogrammetry and Cartography) ที่สำคัญคือการทำ แผนที่แสดง ลักษณะภูมิประเทศ (topographic map) และ แผนที่แสดง ข้อมูลเฉพาะอย่าง (thematic map) ซึ่งมักต้องใช้เทคนิคทาง GIS เข้ามาช่วยด้วย
- การสำรวจทางธรณีวิทยา (Geological Survey) ที่สำคัญคือ การสำรวจโครงสร้างชั้นดินและชั้นหิน การสำรวจแหล่งแร่ การสำรวจแหล่งน้ำมัน การสำรวจแหล่งน้ำใต้ดิน และ การสำรวจพื้นที่เขตภูเขาไฟและเขตแผ่นดินไหว เป็นต้น
- การศึกษาทางวิศวกรรมโยธา (Civil Engineering) ที่สำคัญคือ การศึกษาพื้นที่ (site study) การวางผังระบบสาธารณูปโภค (infrastructure planning) และ การวางแผนจัดระบบการขนส่งและการจราจร
- การศึกษาในภาคเกษตรและการจัดการป่าไม้ (Agricultural and Forestry Study)ที่สำคัญมีอาทิเช่น การใช้ประโยชน์ที่ดินภาคเกษตร การสำรวจคุณภาพดิน การสำรวจความสมบูรณ์ของพืชพรรณ และ การตรวจสอบการใช้ประโยชน์และการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่ป่าไม้ตามเวลา เป็นต้น
- การวางผังเมือง (Urban planning) ที่สำคัญมีอาทิเช่น การใช้ประโยชน์ที่ดินในเขตเมือง การเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพและขนาดของเขตเมือง และการออกแบบพื้นที่เชิงภูมิสถาปัตย์ (landscape modeling) เป็นต้น
- การศึกษาแนวชายฝั่งและมหาสมุทร (Coastal and Oceanic Study) ที่สำคัญมีอาทิเช่น การเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพและขนาดของเขตชายฝั่ง การจัดการพื้นที่ชายฝั่ง และ การศึกษาคุณสมบัติเชิงกายภาพและเชิงเคมีของน้ำทะเลระดับบน เช่น อุณหภูมิหรือความเค็ม เป็นต้น
- การติดตามตรวจสอบภัยธรรมชาติ (Natural Disaster Monitoring) ที่สำคัญมีอาทิเช่น น้ำท่วมและแผ่นดินถล่ม การระเบิดของภูเขาไฟและแผ่นดินไหว การเกิดไฟป่า หรือ การเกิดไฟในแหล่งถ่านหินใต้ผิวดิน (subsurface coal fires) เป็นต้น
- การสำรวจบรรยากาศและงานวิจัยทางอุตุนิยมวิทยา (Atmospheric and Meteorological Study) ที่สำคัญมีอาทิเช่น การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศในช่วงสั้น การศึกษาองค์ประกอบของอากาศที่ระดับความสูงต่าง ๆ เช่น ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ หรือ โอโซน รวมไปถึง การตรวจสอบการแปรปรวนของอากาศระดับล่าง เช่น การเกิดพายุขนาดใหญ่ หรือ พายุฝนฟ้าคะนอง เป็นต้น
- การหาข้อมูลเพื่อภารกิจทางทหาร (Military Services) ที่สำคัญคือ การถ่ายภาพจากทางอากาศด้วยเครื่องบินสอดแนม (spy plane) และ การสำรวจพื้นที่ที่สนใจ โดยใช้เครื่องตรวจวัดประสิทธิภาพสูงบนดาวเทียม
ตัวอย่างแนว การประยุกต์ใช้งาน ของเทคโนโลยีดาวเทียมทาง RS ในปัจจุบัน
ประเด็นคำถามที่ต้องการอภิปราย
- Remote Sensing คืออะไร
- หลักการทำงานของ Remote Sensing
- ประโยชน์และการประยุกต์ใช้งานของเทคโนโลยีดาวเทียม RS
แหล่งศึกษาอ้างอิง
- http://www.youtube.com/watch?v=xIsUP1Ds5Pg
- http://www.gisthai.org/about-gis/remote-sensing.html
- http://yingpew103.wordpress.com/
- http://www.phrae.go.th/GIS/Test08.html
- http://www.electron.rmutphysics.com/
- http://www.scitu.net/gcom/?p=773
จัดทำโดย
นาย ศุภกรณ์กิจ พุทธประเสริฐ
56670317 กลุ่ม3304
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น