• ภาษาไทย
  • English

องค์ประกอบของเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ

องค์ประกอบของเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ

roong-e1431075277580.png

องค์ประกอบของเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ
 

1.องค์ประกอบของเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ
เทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ ประกอบด้วยเทคโนโลยีทางด้านการรับรู้จากระยะไกล ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ และระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก ซึ่งเทคโนโลยีดังกล่าวมีรายละเอียดดังนี้

2. การรับรู้จากระยะไกล
การรับรู้จากระยะไกล หมายถึง การได้มาของข้อมูล (Data acquisition) โดยใช้อุปกรณ์ตรวจวัดที่อยู่ไกลออกไป และทำการสกัดสารสนเทศ (Information extraction) ต่างๆ จากข้อมูลที่ได้มาจากการตรวจวัดเพื่อทำการวิเคราะห์และประมวลผล ซึ่งองค์ประกอบทั้งสองส่วนนี้มีกระบวนการเริ่มจากการส่งพลังงานจากแหล่งพลังงานเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูล การสกัดสารสนเทศต่างๆ ออกมาจากข้อมูลที่ได้จากการตรวจวัดไปจนถึงการนำข้อมูลไปช่วยสนับสนุนการตัดสินใจในเรื่องต่างๆ รายละเอียดในแต่ละองค์ประกอบมีดังนี้

– การได้มาของข้อมูล ประกอบด้วย แหล่งพลังงาน ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานกับวัตถุต่างๆ บนผิวโลกระบบการตรวจวัดข้อมูล และการบันทึกข้อมูล

– การสกัดข้อมูลเพื่อทำการวิเคราะห์และประมวลผล ประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ คือ การปรับเทียบข้อมูลเบื้องต้นและการพิมพ์ภาพ (Preprocessing calibration development and printing) การแปลตีความ(Interpretation) ซึ่งต้องอาศัยพื้นฐานความรู้และความเข้าใจของผู้แปลและการตรวจสอบในภาคสนาม เพื่อทำแผนที่และจัดการสารสนเทศต่อไป

 

            ประวัติของการพัฒนาการใช้ศาสตร์การรับรู้จากระยะไกลเริ่มในศตวรรษที่ 20 จากรูปถ่ายทางอากาศ(Aerial photographs) ซึ่งได้มาจากการถ่ายภาพโดยใช้ช่วงคลื่นตามองเห็นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คำว่า รูปถ่าย(Photograph) และภาพ (Image) มีความหมายแตกต่างกันในทางการรับรู้จากระยะไกล รูปถ่ายเป็นรูปที่บันทึกบนฟิล์มส่วนภาพได้จากการบันทึกไว้บนฟิล์มหรืออาจจะได้จากการบันทึกด้วยระบบกวาดภาพ (Scanner system) ซึ่งเป็นการบันทึกข้อมูลเชิงเลข ทำให้สามารถได้มาซึ่งข้อมูลโดยการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยาวกว่าช่วงคลื่นตามองเห็น เช่น ในช่วงคลื่นอินฟราเรดความร้อน (Thermal infrared) หรือในช่วงคลื่นไมโครเวฟ (Microwave) ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1960 ได้มีการพัฒนาดาวเทียมสำรวจทรัพยากรขึ้นสู่วงโคจรหลายดวงเช่น LANDSAT SPOT IRS และ JERS-1 ซึ่งมีความละเอียดของภาพต่ำกว่า 100 เมตร และมีการประยุกต์ใช้ในด้านการติดตามสิ่งแวดล้อม สำหรับดาวเทียม NOAA ซึ่งมีความละเอียดของภาพหยาบกว่าแต่ครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างกว่า มีการใช้ประโยชน์ในทางอุตุนิยมวิทยา ดาวเทียมที่ใช้ประโยชน์ด้านอุตุนิยมวิทยาอื่นๆ เช่น METEOSAT หรือ GOES ซึ่งโคจรแบบค้างฟ้า ในทิศทางเดียวกันกับทิศการหมุนของโลก โดยวงโคจรจะอยู่สูงจากพื้นผิวโลกประมาณ 36,000 กิโลเมตร การรับรู้จากระยะไกล แบ่งออกเป็น 2 ระบบ คือ การรับรู้จากระยะไกลแบบแพสซิฟ (Passive remote sensing system) และการรับรู้จากระยะไกลแบบแอ็กทิฟ (Active remote sensing system)

1.1 การรับรู้จากระยะไกลแบบแพสซิฟ

      เป็นการตรวจวัดพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ได้จากการสะท้อน (Reflect) หรือแผ่ (Emitted) จากพื้นผิว โดยแหล่งพลังงานในระบบตรวจวัดแบบแพสซิฟ คือพลังงานจากดวงอาทิตย์ซึ่งสามารถให้พลังงานที่ตรวจวัดได้ในช่วงคลื่นตามองเห็น (Visible) และอินฟราเรด (Infrared) ช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถทะลุผ่านชั้นบรรยากาศลงมาได้เรียกว่าหน้าต่างบรรยากาศ (Atmospheric window) มีเฉพาะในช่วงคลื่นที่ยาวกว่าช่วงคลื่นอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) เท่านั้น ซึ่งถ้าสั้นกว่าความยาวคลื่นนี้จะถูกดูดกลืนโดยชั้นบรรยากาศ หน้าต่างบรรยากาศมีหลายช่วง ช่วงที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถทะลุทะลวงผ่านชั้นบรรยากาศมาได้ ได้แก่ ช่วงคลื่นตามองเห็น อินฟราเรดใกล้ บางส่วนของอินฟราเรดความร้อน (3-5 ไมโครเมตร และ 8-14 ไมโครเมตร) และช่วงคลื่นไมโครเวฟ ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานในบรรยากาศ (Energy interaction in atmosphere) ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของคลื่นขณะเดินทางมายังโลก กระบวนการอื่นๆ ได้แก่ การกระจัดกระจาย (Scattering) เกิดขึ้นเนื่องจากอนุภาคเล็กๆ ในบรรยากาศมีทิศทางไม่แน่นอน ซึ่งมี 3 ประเภท คือ การกระจัดกระจายแบบเรย์ลี (Rayleigh scattering) เกิดขึ้นเมื่อขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของอนุภาค เล็กกว่าความยาวช่วงคลื่นที่ตกกระทบ ทำให้เกิดสภาวะหมอกควัน การกระจัดกระจายแบบมี(Mie scattering) เกิดขึ้นเมื่อขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของอนุภาคมีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น เช่น น้ำ ไอน้ำ ฝุ่นละออง และการกระจัดกระจายแบบไม่เจาะจง (Non-selective scattering) เกิดขึ้นเมื่อขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของอนุภาคมีขนาดใหญ่กว่าความยาวช่วงคลื่น เช่น หยดน้ำ สะท้อนช่วงคลื่นตามองเห็น และอินฟราเรดเกือบเท่ากันทำให้มองเห็นเมฆเป็นสีขาว สำหรับการหักเห เกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศที่มีความหนาแน่นต่างๆ กัน ซึ่งมีผลต่อความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งภาพ ดังนั้นการสะท้อนจากวัตถุที่ถูกบันทึกได้นั้นขึ้นอยู่กับสภาพของบรรยากาศและความยาวคลื่นในขณะที่ทำการตรวจวัด

ตัวอย่างของดาวเทียมในระบบแพสซิฟ เช่น LANDSAT ระบบ MSS (Multispectral scanner) ประกอบด้วยข้อมูลใน 4 ช่วงคลื่น เริ่มจากเขียวถึงอินฟราเรดใกล้ ที่ความละเอียดของภาพ 80 เมตร ขณะที่ LANDSAT 5 ระบบTM (Thematic Mapper) ประกอบด้วยข้อมูลใน 6 ช่วงคลื่น ความละเอียดของภาพ 30 เมตร และ 1 ช่วงคลื่นความร้อนความละเอียดของภาพ 120 เมตร ดาวเทียม SPOT 1 2 และ 3 ของประเทศฝรั่งเศสประกอบด้วยข้อมูล 2 ระบบ คือระบบหลายช่วงคลื่น (HRV) มีข้อมูล 3 ช่วงคลื่น ความละเอียดของภาพ 20 เมตร และระบบแพนโครมาติก(Panchromatic) มีความละเอียดของภาพ 10 เมตร นอกจากนี้การแผ่รังสีจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 0 องศาเคลวิน (K) ก็ถือเป็นการรับรู้จากระยะไกลแบบแพสซิฟเช่นกัน

1.2 การรับรู้จากระยะไกลแบบแอ็กทิฟ

      การรับรู้จากระยะไกลแบบแอ็กทิฟเป็นระบบที่มนุษย์สร้างพลังงาน และส่งพลังงานมากระทบวัตถุเป้าหมาย ในช่วงคลื่นไมโครเวฟ เช่น ระบบเรดาร์ (RADAR : Radio Detection And Ranging) ซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 1 มิลลิเมตร ถึง 1 เมตร ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรที่ถ่ายภาพด้วยระบบเรดาร์ ได้แก่ ดาวเทียม RADARSAT ของประเทศแคนาดา ถ่ายภาพโดยใช้ความยาวคลื่น 5.6 เซนติเมตร (C-Band) มีการถ่ายภาพในหลายๆ รูปแบบซึ่งทำให้ได้ความละเอียดของภาพและความกว้างของภาพแตกต่างกันออกไป สำหรับดาวเทียม ERS ได้ถูกส่งขึ้นสู่ห้วงอวกาศโดย The European Space Agency (ESA) สามารถถ่ายภาพได้เหมือนกับดาวเทียม RADARSAT ดาวเทียมทั้งสองดวงนี้มีการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกไปในทิศทางต่างกัน ซึ่งทิศทางการแผ่กระจายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่า โพลาไรเซชัน (Polarization) ดาวเทียม RADARSAT ส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในแนวนอน (Horizontal) ส่วนดาวเทียม ERS ส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในแนวตั้ง (Vertical) ปัจจุบันดาวเทียมสำรวจทรัพยากรได้มีการออกแบบให้มีอุปกรณ์ตรวจวัดทั้งในระบบแอ็กทิฟ และแพสซิฟ เช่น ดาวเทียม JERS-1 และ ALOS ของประเทศญี่ปุ่น ENVISAT และ ERS ของกลุ่มประชาคมยุโรป

 

1.การวิเคราะห์และแปลตีความภาพ (Image analysis and interpretation)

          ข้อมูลจากดาวเทียม มีการเก็บภาพในระบบเชิงตัวเลขเพื่อใช้แทนวัตถุบนพื้นโลก เก็บเป็นแบบแถวจุดภาพ (Arrays of pixel) ซึ่งแต่ละจุดภาพ(Pixel) มีระดับสีเทา และตำแหน่งโดยอ้างจากแถวและคอลัมน์ ค่าของจุดภาพ(Pixel value) หรือ จำนวนตัวเลข (Digital number) เป็นค่าที่บันทึกได้จากพลังงานที่สะท้อนจากวัตถุบนพื้นโลกไปยังเครื่องตรวจวัดกระบวนการต่างๆ ในการประมวลผลและการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงเลข มีไว้เพื่อช่วยให้เกิดประโยชน์สูงสุด ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการนำข้อมูลภาพไปใช้ ขั้นตอนการประมวลผลภาพมีดังนี้

  • การเตรียมข้อมูลก่อนการประมวลผล (Pre- processing)   ข้อมูลดิบที่ได้จากการถ่ายภาพของดาวเทียมจะต้องมาผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การปรับแก้เชิงคลื่น(Radiometric correction) เพื่อปรับแก้ค่าของจุดภาพที่คลาดเคลื่อนจากการบันทึก ซึ่งอาจเกิดจากสัญญาณรบกวนจากชั้นบรรยากาศ เช่น หมอก ไอน้ำ ส่วนการตรวจแก้เชิงเรขาคณิต (Geometric correction) ใช้เพื่อปรับแก้ความบิดเบี้ยวเชิงเรขาคณิตที่เกิดจากการบันทึกและจากการหมุนของโลก และปรับให้ถูกต้องตามตำแหน่งที่อ้างอิงบนพื้นผิวโลกซึ่งต้องใช้จุดควบคุมภาคพื้นดิน (Ground Control Points : GCP) สำหรับการปรับ และแก้ไขภาพ

การเน้นข้อมูลภาพ (Image enhancement) เพื่อปรับเปลี่ยนค่าระดับสีเทาของจุดภาพ ให้มีข้อมูลค่าของจุดภาพใหม่ที่มีความคมชัดมากขึ้นเพื่อให้ง่ายต่อการแปลตีความจากภาพ โดยการปรับในแผนภูมิภาพ (Imagehistogram)

  • การประมวลผลภาพ (Image processing)   เป็นกระบวนการหรือกรรมวิธีจัดจำแนกค่าของจุดภาพลงในชั้นการจำแนกประเภทข้อมูล เพื่อจัดกลุ่มของจุดภาพให้เป็นกลุ่มหรือชั้นของการจำแนก ตามเงื่อนไขที่กำหนด การจำแนกภาพแบ่งเป็น การจำแนกแบบควบคุม(Supervised classification) โดยใช้การแบ่งประเภทของการสะท้อนช่วงคลื่นออกเป็นกลุ่มตัวอย่างหลายๆ กลุ่มแล้วกำหนดให้เป็นพื้นที่ของกลุ่มข้อมูลตัวอย่าง (Training area) เพื่อเป็นตัวแทนของลักษณะต่างๆ ใช้สำหรับคำนวณค่าทางสถิติ เช่น ค่าเฉลี่ยของแต่ละประเภทข้อมูล ค่าสถิติดังกล่าวใช้เป็นตัวแทนสำหรับการจำแนกประเภทของข้อมูลการจำแนกภาพแบบนี้ต้องใช้ข้อมูลภาคพื้นดินมาช่วย ส่วนการจำแนกภาพอีกแบบเรียกว่า การจำแนกแบบไม่ควบคุม(Unsupervised classification) เป็นการจำแนกโดยใช้การจำแนกประเภทข้อมูลจากค่าสถิติของการสะท้อนของช่วงคลื่นของวัตถุต่างๆ เรียกว่า การจับกลุ่มของข้อมูล (Clustering) 
  • การแปลตีความภาพด้วยสายตา   การแปลตีความภาพจากดาวเทียมด้วยสายตาต้องอาศัยประสบการณ์และความรู้ ความเข้าใจในลักษณะของพื้นที่ศึกษา และกิจกรรมที่เกิดขึ้น ณ พื้นที่นั้นๆ ในช่วงเวลาต่างๆ องค์ประกอบของการแปลตีความภาพได้แก่ ความเข้มของสีและสี (Tone and color) ขนาด (Size) รูปร่าง (Shape) เนื้อภาพ (Texture) ความสูง และเงา(Height and shadow) เป็นต้น

2 ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์
          ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ เป็นระบบสารสนเทศที่นำเอาข้อมูลมารวบรวม จัดเก็บ และวิเคราะห์อย่างเป็นระบบ สามารถทำการสืบค้นข้อมูลและปรับปรุงข้อมูล รวมไปถึงการนำเอาข้อมูลที่ได้จากการวิเคราะห์เพื่อช่วยประกอบการตัดสินใจในเรื่องต่างๆ ได้ ข้อมูลที่นำมารวบรวมและจัดเก็บในระบบที่สามารถนำไปจัดการและวิเคราะห์ข้อมูลเชิงพื้นที่ (Spatial data) โดยข้อมูลเชิงพื้นที่ยังมีการเชื่อมโยงเข้ากับข้อมูลลักษณะประจำ (Attribute data)ที่ใช้อธิบายรายละเอียดของปรากฏการณ์และคุณลักษณะของข้อมูลเชิงพื้นที่นั้นๆ ซึ่งจะทำให้การนำข้อมูลไปใช้มีความถูกต้องและแม่นยำมากยิ่งขึ้น

          วัตถุประสงค์ของการใช้ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ คือ ใช้เป็นสารสนเทศเพื่อสนับสนุนการตัดสินใจในด้านต่างๆ เช่น การวางแผนการใช้ทรัพยากรธรรมชาติ รวมถึงการจัดการสิ่งแวดล้อมที่มนุษย์สร้างขึ้น ข้อมูลในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ สามารถตอบคำถามได้ว่า สถานที่ และสิ่งต่างๆ ที่เราต้องการค้นหานั้นอยู่ที่ไหน และเกี่ยวข้องกับสิ่งต่างๆ ที่อยู่ข้างๆ อย่างไร นอกจากนี้ยังช่วยบอกให้รู้ว่ามีทางเลือกใดบ้าง แต่ละทางเลือกมีลักษณะอย่างไรและเปรียบเทียบหาทางเลือกที่ดีที่สุด ข้อมูลที่ได้จากระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์เป็นข้อมูลเชิงพื้นที่ซึ่งสามารถบอกตำแหน่งของข้อมูลที่เราสนใจอ้างอิงถูกต้องกับระบบพิกัดทางภูมิศาสตร์บนพื้นโลก (Geo-referenced data) ซึ่งระบบสารสนเทศนี้ประกอบด้วยข้อมูลต่างๆ คือ ลักษณะทางกายภาพ สังคม ทั้งเชิงปริมาณและคุณภาพของสิ่งที่เรากำลังศึกษา นอกจากนี้ยังบอกถึงตำแหน่งและเวลาของสิ่งที่เรากำลังทำการศึกษา

3 ระบบดาวเทียมนำทางโลก
          ระบบดาวเทียมนำทางโลกจะรับสัญญาณจากดาวเทียมเพื่อหาตำแหน่ง ณ จุดใดๆ บนโลกอ้างอิงกับระบบพิกัดทางภูมิศาสตร์ ได้ตลอด 24 ชั่วโมง โดยไม่จำกัดสภาพอากาศแต่อย่างใด จึงนับได้ว่าเป็นระบบนำทางที่ดีในปัจจุบัน ระบบดาวเทียมนำทางโลกทำงานได้โดยอาศัยการรับสัญญาณจากดาวเทียมอย่างน้อย 3 ดวง ซึ่งสามารถคำนวณตำแหน่งที่อยู่ในแบบ 2 มิติ คือ เฉพาะค่าในแนวราบ และหากระบบดาวเทียมนำทางโลกรับดาวเทียมได้ 4 ดวงขึ้นไป จะทราบตำแหน่งที่อยู่ในแบบ 3 มิติ คือ ตำแหน่ง และความสูง