การใช้ประโยชน์ข้อมูลที่ได้มาจากการตรวจวัดจากระยะไกล

สำหรับแนวทาง การใช้ประโยชน์ ข้อมูลที่ได้มาจากการตรวจวัดระยะไกล มีอาทิเช่น

1. การสำรวจทางโบราณคดีและมานุษยวิทยา (Archaeology and Anthropology Study)    ที่สำคัญคือ การสำรวจ ที่ตั้ง ของแหล่งโบราณสถาน ในพื้นที่ซึ่งยากต่อการเข้าถึงทางพื้นดิน รวมถึงที่อยู่ใต้ผิวดินไม่ลึกมากนัก โดยมักใช้ข้อมูลที่ได้จากเรดาร์และเครื่องวัดการแผ่รังสีช่วง IR

2. การรังวัดภาพและการทำแผนที่ (Photogrammetry and Cartography)    ที่สำคัญคือการทำ แผนที่แสดง ลักษณะภูมิประเทศ (topographic map) และ แผนที่แสดง ข้อมูลเฉพาะอย่าง (thematic map) ซึ่งมักต้องใช้เทคนิคทาง GIS เข้ามาช่วยด้วย

3. การสำรวจทางธรณีวิทยา (Geological Survey)  ที่สำคัญคือ การสำรวจโครงสร้างชั้นดินและชั้นหิน การสำรวจแหล่งแร่ การสำรวจแหล่งน้ำมัน  การสำรวจแหล่งน้ำใต้ดิน และ การสำรวจพื้นที่เขตภูเขาไฟและเขตแผ่นดินไหว เป็นต้น

4. การศึกษาทางวิศวกรรมโยธา (Civil Engineering)   ที่สำคัญคือ การศึกษาพื้นที่ (site study) การวางผังระบบสาธารณูปโภค (infrastructure planning)   และ การวางแผนจัดระบบการขนส่งและการจราจร (transport and traffic planning) เป็นต้น

5. การศึกษาในภาคเกษตรและการจัดการป่าไม้ (Agricultural and Forestry Study)  ที่สำคัญมีอาทิเช่น การใช้ประโยชน์ที่ดินภาคเกษตร  การสำรวจคุณภาพดิน  การสำรวจความสมบูรณ์ของพืชพรรณ และ การตรวจสอบการใช้ประโยชน์และการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่ป่าไม้ตามเวลา เป็นต้น

6. การวางผังเมือง(Urban  planning)  ที่สำคัญมีอาทิเช่น  การใช้ประโยชน์ที่ดินในเขตเมือง  การเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพและขนาดของเขตเมือง และการออกแบบพื้นที่เชิงภูมิสถาปัตย์ (landscape modeling) เป็นต้น

7. การศึกษาแนวชายฝั่งและมหาสมุทร (Coastal and Oceanic Study) ที่สำคัญมีอาทิเช่น การเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพและขนาดของเขตชายฝั่ง การจัดการพื้นที่ชายฝั่ง  และ  การศึกษาคุณสมบัติเชิงกายภาพและเชิงเคมีของน้ำทะเลระดับบน เช่น อุณหภูมิหรือความเค็ม เป็นต้น

8. การติดตามตรวจสอบภัยธรรมชาติ (Natural Disaster Monitoring)   ที่สำคัญมีอาทิเช่น น้ำท่วมและแผ่นดินถล่ม การระเบิดของภูเขาไฟและแผ่นดินไหว การเกิดไฟป่า หรือ การเกิดไฟในแหล่งถ่านหินใต้ผิวดิน (subsurface coal fires) เป็นต้น

9. การสำรวจบรรยากาศและงานวิจัยทางอุตุนิยมวิทยา (Atmospheric and Meteorological Study)  ที่สำคัญมีอาทิเช่น การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศในช่วงสั้น  การศึกษาองค์ประกอบของอากาศที่ระดับความสูงต่าง ๆ เช่น ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ หรือ โอโซน รวมไปถึง การตรวจสอบการแปรปรวนของอากาศระดับล่าง เช่น การเกิดพายุขนาดใหญ่ หรือ พายุฝนฟ้าคะนอง เป็นต้น 

10. การหาข้อมูลเพื่อภารกิจทางทหาร (Military Services)    ที่สำคัญคือ การถ่ายภาพจากทางอากาศด้วยเครื่องบินสอดแนม (spy plane)  และ การสำรวจพื้นที่ที่สนใจ โดยใช้เครื่องตรวจวัดประสิทธิภาพสูงบนดาวเทียม

แหล่งที่มาของข้อมูล

เอกสารประกอบการเรียนวิชา 876211 การสำรวจจากระยะไกล 1 (Remote Sensing 1)

ประโยชน์ของการตรวจวัดจากระยะไกล

การตรวจวัดจากระยะไกลมี ข้อดี อยู่หลายประการ ซึ่งเป็นประโยชน์มากต่อการศึกษาองค์ประกอบและ โครงสร้างของบรรยากาศและพื้นผิวโลก ทั้งในระดับ ท้องถิ่นและระดับโลก อาทิเช่น

                  1.  ตรวจวัดครอบคลุมพื้นที่ได้เป็น บริเวณกว้าง ในแต่ละครั้ง โดยเฉพาะการตรวจวัดจากอวกาศ   ทำให้มองภาพรวมได้ง่าย และได้ข้อมูลที่ค่อนข้างทันต่อเหตุการณ์

                  2.  ตรวจวัดได้ใน หลายระดับ ของ ความละเอียด ทั้งความละเอียดเชิงพื้นที่และความละเอียดเชิงรังสี  ขึ้นอยู่กับความสามารถของอุปกรณ์ และระดับความสูงของสถานีติดตั้ง เป็นสำคัญ

                  3.  ตรวจวัดได้ อย่างต่อเนื่อง ทั้งในช่วงกลางวันและช่วงกลางคืน โดยเฉพาะการตรวจวัดในช่วง เทอร์มอลอินฟราเรด และ ไมโครเวฟ ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้แสงอาทิตย์ช่วยในการสำรวจ

                  4.  ตรวจวัดได้ใน หลายช่วงคลื่น ไม่เฉพาะในช่วงแสงขาวที่ตาเรามองเห็นเท่านั้น ทำให้ได้ข้อมูล เกี่ยวกับวัตถุหรือพื้นที่ที่ศึกษา มากกว่าที่เรารับรู้ตามปกติมาก

 

                  5.  ตรวจวัดข้อมูลในพื้นที่ ที่เข้าถึงทางพื้นดินลำบาก ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้ต้องการเพียงสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มาจากพื้นที่ที่ศึกษา เท่านั้นในการทำงาน

สำหรับ ข้อด้อย ของการตรวจวัดจากระยะไกล ที่เห็นได้ชัดมีอาทิเช่น

                1.  ต้องใช้ งบลงทุน ในเบื้องต้นและงบดำเนินการสูง โดยเฉพาะในการจัดหาสถานีติดตั้งและการสร้าง อุปกรณ์ตรวจวัด เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีระดับสูง

                2.  ต้องใช้ บุคลากร ที่ได้รับการฝึกฝนมาโดยเฉพาะในการดำเนินงาน เนื่องจากต้องการผู้ที่มีความรู้พื้นฐานที่ดีมากพอสำหรับการ บริหารจัดการ ระบบและการ ใช้ประโยชน์ จากข้อมูลที่ได้

                3.  ข้อมูลที่ได้บางครั้งยังขาด ความละเอียด เชิงพื้นที่มากพอ เนื่องมาจากเป็นการสำรวจจากระยะไกล   ทำให้การศึกษาในบางเรื่องอาจมีข้อจำกัดอยู่มากพอควร 

                4.  ข้อมูลที่ได้บางครั้งยังมี ความคลาดเคลื่อน อยู่สูง ซึ่งเกิดมาได้จากหลายสาเหตุ ทั้งส่วนที่เกิดมาจากความบกพร่องของตัวระบบเอง และส่วนที่เกิดมาจากสภาวะแวดล้อมขณะทำการตรวจวัด

แหล่งที่มาของข้อมูล

เอกสารประกอบการเรียนวิชา 876211 การสำรวจจากระยะไกล 1 (Remote Sensing 1)

การจำแนกดาวเทียมตามลักษณะการใช้ประโยชน์ และลักษณะการโคจรของดาวเทียม

การจำแนกดาวเทียมตามลักษณะการใช้ประโยชน์ 4 ประเภท คือ 

1. ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา(Meteorological Satellites) เช่น ดาวเทียม TIROS, NOAA, SMS/GOES, GMS, METEOSAT 

2. ดาวเทียมสื่อสาร(Communication Satellites) เช่น ดาวเทียม TELSTAR, PALAPA, INTELSAT 

3. ดาวเทียมสำรวจแผ่นดิน เช่น ดาวเทียม LANDSAT, SEASAT, SPOT, MOS, THAICHOTE 

4. ดาวเทียมหาตำแหน่งพิกัดบนผิวโลก

ลักษณะการโคจรของดาวเทียม

1. การโคจรในแนวระนาบกับเส้นศูนย์สูตร (Geostationary or Earth synchronous)

การโคจรในแนวระนาบโคจรในแนวระนาบกับเส้นศูนย์สูตร สอดคล้องและมีความเร็วในแนววงกลมเท่าความเร็วของโลกหมุนรอบตัวเอง ทำให้ดาวเทียมเสมือนลอยนิ่งอยู่เหนือตำแหน่งเดิมเหนือผิวโลก(Geostationary or Earth synchronous)โดยทั่วไปโคจรห่างจากโลกประมาณ 36,000 กม. ซึ่งส่วนใหญ่ ได้แก่ ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา และดาวเทียมสื่อสาร

2. การโคจรในแนวเหนือ-ใต้ (Sun Synchronous)

โคจรในแนวเหนือ-ใต้รอบโลก ซึ่งสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์(Sun Synchronous)โดยโคจรผ่านแนวศูนย์สูตร ณ เวลาท้องถิ่นเดียวกัน โดยทั่วไปโคจรสูงจากพื้นโลกที่ระดับต่ำกว่า 2,000 กม. ซึ่งมักเป็นดาวเทียมสำรวจทรัพยากรแผ่นดิน

ประเภทข้อมูลที่ได้จากเครื่องตรวจวัด

ข้อมูลที่ได้จากเครื่องตรวจวัด จะเก็บไว้ในรูปของ ข้อมูลภาพ (image data) ซึ่งแบ่งเป็น 2 ประเภท หลัก คือ

       

                 1.  ข้อมูลอนาลอก (analog data) คือ ข้อมูลที่แสดงความเข้มของรังสีซึ่งมีค่า ต่อเนื่อง ตลอดพื้นที่ที่ศึกษา เช่น ภาพถ่ายทางอากาศ (ซึ่งยังไม่ถูกแปลงเป็นภาพดิจิตอล) และ

                 2.  ข้อมูลเชิงตัวเลข  (digital data) คือ ข้อมูลแสดงความเข้มของรังสี ซึ่งถูก แบ่ง ออกเป็นระดับ (level)  ย่อย ๆ ในการจัดเก็บ  เรียกว่าค่า บิท (bit) โดย ข้อมูล n บิท จะแบ่งเป็น 2n ระดับความเข้ม ทั้งนี้ภาพทั่วไปมักจะแบ่งออกเป็น 256 ระดับความเข้ม (เรียกว่าเป็นข้อมูล 8 บิท)

ทั้งนี้ข้อมูล เชิงตัวเลข ที่ได้การตรวจวัดจากระยะไกล มักถูกเก็บไว้ใน 2 รูปแบบ ที่สำคัญคือ

                 1. ในรูปของ ภาพเชิงตัวเลข (digital image)  เช่นภาพดาวเทียมส่วนใหญ่ที่เห็น ซึ่งมันจะแบ่งพื้นที่การเก็บข้อมูลบนภาพ ออกเป็นชิ้นสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ จำนวนมาก เรียกว่า เซลล์ภาพ  (pixel) ซึ่งแต่ละชิ้น จะเป็นตัวแทนพื้นที่ในกรอบการมอง แต่ละครั้ง บนผิวโลกของเครื่องตรวจวัด หรือ

                  2. ในรูปของ แฟ้มข้อมูลเชิงตัวเลข (digital file) ใน 3 มิติ สำหรับการประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์ ต่อไป

           

ในกรณีหลังนี้ มักพบในการศึกษาชั้นบรรยากาศจากระยะไกล (atmospheric RS) โดยข้อมูลเชิงตัวเลขที่เก็บไว้มักอ้างอิงเทียบกับ ตำแหน่งและความสูง ของตำแหน่งที่ตรวจวัดจากผิวโลก ทำให้ได้เป็นแฟ้มข้อมูลใน 3 มิติ (3-D data) ออกมา สำหรับใช้ในการประมวลผลต่อไป    

คุณสมบัติภาพจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากร

1. การบันทึกข้อมูลเป็นบริเวณกว้าง(Synopic View) 

2. การบันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่น 

3. การบันทึกภาพบริเวณเดิม(Repetitive Coverage) 

4. การให้รายละเอียดหลายระดับ ภาพจากดาวเทียมให้รายละเอียดหลายระดับ 

5. การให้ภาพสีผสม(False Color Composite) 

สีแดง(R) + สีเขียว(G) = สีเหลือง(Yellow)

สีแดง(R) + สีน้ำเงิน(B) = สีม่วงแดง(Magenta)

สีน้ำเงิน(B) + สีเขียว(G) = สีฟ้า(Cyan)

สีน้ำเงิน(B) + สีเขียว(G) + สีแดง(R) = สีขาว(White)

สีเหลือง(Y) + สีม่วงแดง(M)+สี ฟ้า(C) = สีดำ(Black)

6. การเน้นคุณภาพของภาพ(Image Enhancement) มี 2 วิธี คือ การขยายค่าความเข้มระดับสีเทาให้กระจายจนเต็มช่วงเรียกว่า Linear Contrast Stretch และ Non - Linear Contrast Stretch โดยให้มีการกระจายข้อมูลของภาพจากดาวเทียมในแต่ละค่าความเข้มให้มีจำนวนจุดภาพใกล้เคียงกัน เรียกว่า Histogram Equalization Stretch 

                                                               Image Enhancement

การสะท้อนคลื่นรังสีของพืชพรรณ ดิน และน้ำ

ปฏิสัมพันธ์ที่มีลักษณะเฉพาะตัวของวัตถุบนพื้นผิวโลกใดๆทำให้เกิดคุณสมบัติของความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและวัตถุบนพื้นผิวโลก 4 ประการ ได้แก่

1) วัตถุต่างชนิดจะมีปฏิสัมพันธ์กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแตกต่างกัน – กล่าวคือ ที่ช่วงคลื่นเดียวกัน อาคารสิ่งปลูกสร้างกับพืช จะมีปฏิสัมพันธ์กับช่วงคลื่นนั้นแตกต่างกัน

2) วัตถุชนิดเดียวกันจะมีปฏิสัมพันธ์กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่างชนิดกันแตกต่างกัน – กล่าวคือ พืชจะมีปฏิสัมพันธ์กับช่วงคลื่นของพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต่างกันนั้นไม่เหมือนกัน

3) ลักษณะปฏิสัมพันธ์ของวัตถุชนิดเดียวกันกับพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงเวลาและสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน ย่อมจะมีลักษณะที่แตกต่างกัน – เช่น ต้นข้าวที่ต่างวัย คือ ต้นอ่อน และที่กำลังออกรวง ย่อมมีลักษณะปฏิสัมพันธ์กับคลื่นที่ไม่เหมือนกัน

4) วัตถุชนิดเดียวกันจะมีปฏิสัมพันธ์กับพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แสดงในรูปเส้นกราฟมีลักษณะเฉพาะตัว เรียกว่า “ลายเส้นเชิงคลื่น” หรือ “Signature” ซึ่งใช้ประโยชน์ในการตีความและจำแนกวัตถุต่าง ๆ ออกจากกัน

ลักษณะการสะท้อนของพืชใบเขียว

ลักษณะการสะท้อนของพืชใบเขียว องค์ประกอบสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการสะท้อนแสงในแต่ละช่วงคลื่น (Dominant factor controlling leaf reflectance) และองค์ประกอบสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการดูดซับในช่วงคลื่นต่างๆ (Primary absorption bands)

 1. ในช่วงคลื่น Visible

ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการสะท้อนแสงของพืช คือ pigments (chlorophyll)

Chlorophyll จะดูดซับพลังงานที่ l 0.45 ไมโครเมตร (ช่วงคลื่นสีฟ้า) และ 0.65 ไมโครเมตร (ช่วงคลื่นสีแดง) ทั้งสองช่วงคลื่นจะถูกเรียกว่า Chlorophyll Absorption Bands

พืชมีการสะท้อนแสงมากที่ l 0.54 ไมโครเมตร (ช่วงคลื่นสีเขียว)

 2. ในช่วงคลื่น Near Infrared

ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการสะท้อนแสงของพืช คือ โครงสร้างของใบพืช

พืชจะมีการสะท้อนแสงสูงที่ l 0.75-1.3 ไมโครเมตร

Reflection ประมาณ 45-50 %, Transmission ประมาณ 45-50%, Absorption ประมาณ 5% ในช่วงคลื่น Near Infrared

พืชแต่ละชนิดมีโครงสร้างใบที่ต่างกัน การสะท้อนแสงจึงต่างกันด้วย

ความหนาแน่นของใบ การเรียงตัวของใบก็มีผลเช่นกัน

3. ในช่วงคลื่น Middle infrared

ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการสะท้อนแสงของพืช คือ ความชื้นและน้ำในใบของพืช

พืชมีการสะท้อนแสงน้อยที่ l 1.4, 1.9 และ 2.7 ไมโครเมตร ทั้งสามช่วงคลื่นจะถูกเรียกว่า Water Absorption Bands

พืชมีการสะท้อนแสงสูงที่ l 1.6 และ 2.2 ไมโครเมตร

ลักษณะการสะท้อนคลื่นแสงของดิน

ความสัมพันธ์ระหว่างเนื้อดินและความชื้นในดิน

เมื่อความชื้นในดินสูง ย่อมมีการ Absorbed สูง และมีการ Reflected ต่ำ

องค์ประกอบด้านเนื้อดินสัมพันธ์กับความชื้นในดิน แบ่งตามอนุภาคของดิน

ดินเหนียว ขนาดอนุภาคดิน เส้นผ่าศูนย์กลาง < 0.002 mm. เก็บความชื้นได้มากกว่า

ทรายแป้ง ขนาดอนุภาคดิน 0.002 < เส้นผ่าศูนย์กลาง< 0.05 mm. เก็บความชื้นได้มากกว่า

ทราย ขนาดอนุภาคดิน 0.05 < เส้นผ่าศูนย์กลาง < 2.00 mm.

ปริมาณความชื้นลดลง การสะท้อนมีมากขึ้น

ความชื้นในดินมากขึ้น การดูดซับจะเพิ่มขึ้น และการสะท้อนจะลดลง 

เนื้อดินที่มีขนาดเล็ก สะท้อนแสงได้ดีกว่า เนื้อดินขนาดใหญ่ 

พื้นผิวที่ขรุขระ สะท้อนแสงได้ไม่ดีเท่าผิวหน้าดินที่ค่อนข้างเรียบ 

ปริมาณอินทรียวัตถุเพิ่มขึ้นในดิน การสะท้อนแสงจะลดต่ำลง 

ปริมาณเหล็กออกไซด์ที่เพิ่มขึ้น การสะท้อนแสงจะลดต่ำลงเช่นกัน และ 

สำหรับดินที่มีส่วนผสมเป็นดินเหนียว ธาตุ hydroxyl มีอิทธิพลในการดูดซับพลังงานในช่วงคลื่น 1.4 และ 2.2 ไมโครเมตร

ลักษณะคลื่นแสงของน้ำ

การสะท้อนของแสงขึ้นกับ คุณภาพของน้ำ และสภาพของน้ำ

การหาขอบเขตของน้ำ สามารถใช้ near-infrared เพราะน้ำดูดซับ EM ตั้งแต่ 0.8 ไมโครเมตร ขึ้นไป

การศึกษาคุณภาพน้ำหรือสภาพน้ำใช้ visible เพราะน้ำสะท้อนแสงได้ที่ 0.4-0.75 ไมโครเมตร

น้ำที่ขุ่นจะสะท้อนแสงได้มากกว่าน้ำใส เพราะ มี Back scattering (การกระจัดกระจายกลับ)

พืชที่ปนอยู่ในน้ำ chlorophyll ทำให้เกิดการดูดซับพลังงานมากขึ้น การสะท้อนจะลดลง

แหล่งที่มาของข้อมูลและภาพ

http://www.scitu.net/gcom/?p=835

กลไกการสะท้อนแสงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และการปล่อยคลื่นอินฟราเรดของโลก

    เมื่อพลังงานจากดวงอาทิตย์ผ่านทะลุผ่านชั้นบรรยากาศ มาตกกระทบพื้นผิวโลกจะเกิดปฏิกิริยาหลักขึ้น 3 อย่างคือ

•การสะท้อนพลังงาน (Reflection)

•การดูดกลืนพลังงาน (Absorption)

•การส่งผ่านพลังงาน (Transmission)

     การสะท้อนพลังงาน (Reflection) เป็นปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด เพราะ Remote Sensing ส่วนมากจะบันทึกพลังงานที่สะท้อนจากวัตถุ

•ช่วงที่ตามองเห็น 0.4-0.7 micron

•ช่วงอินฟราเรด 0.7-3.0 micron ซึ่งจะแปรผันตามองค์ประกอบดังนี้ - ลักษณะพื้นผิววัตถุ - สภาพแวดล้อมที่อยู่รอบข้าง (สภาพอากาศ, ภูมิประเทศ, อุณหภูมิ) - มุมตกกระทบของแสง - ความสามารถและอัตราการสะท้อนแสงของพื้นผิวผิววัตถุ

พลังงานที่ตกกระทบและสะท้อนกลับเกิดขึ้นได้ 3 แบบ 

1. การสะท้อนกลับหมดในทิศทางตรงกันข้าม (Specular reflector)

     •พื้นผิววัตถุมีลักษณะราบเรียบ

     •พลังงานที่ตกกระทบมีช่วงคลื่นยาว ทาให้ภาพที่ปรากฏมีลักษณะค่อนข้างเรียบ

     •มุมที่พลังงานสะท้อนกลับจะเท่ากับมุมที่ตกกระทบวัตถุโดยเทียบกับแกนตั้งฉากบนระนาบเดียวกัน

2. การสะท้อนแบบกระจาย (Diffuse or Lambertain reflector)

     •พื้นผิววัตถุมีลักษณะขรุขระ

     •พลังงานที่ตกกระทบกับวัตถุจะมีช่วงคลื่นสั้นกว่าความสูงของพื้นผิววัตถุ หรือความขรุขระของวัตถุ

     •มีการสะท้อนพลังงานหลายทิศทาง ที่มีการกระจายแบบสม่ำเสมอ

3. การสะท้อนพลังงานแบบผสม (Scattering)

     •เกิดกับวัตถุตามธรรมชาติ เช่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระทบกับอนุภาคที่อยู่ในอากาศ (ก๊าซ, ไอน้า)

     •มีลักษณะการสะท้อนแบบสะท้อนกลับหมดในทิศทางตรงกันข้ามและการสะท้อนแบบกระจายผสมอยู่ซึ่งการสะท้อนพลังงานในลักษณะนี้ จะมีทิศทางไม่แน่นอน

แหล่งที่มาของข้อมูลและภาพ

http://www.cssckmutt.in.th/cssc/cssc_classroom/Solarenergy/Assignment/SolEn54/SolEn54_Pre/2_Remote%20sensing(PPT).pdf

ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่ส่งผ่านจากดวงอาทิตย์โดยการแผ่รังสี พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบไปด้วย สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า โดยที่ทิศทางของสนามไฟฟ้าและทิศทางของสนามแม่เหล็ก มีการเคลื่อนที่ของคลื่นตั้งฉากซึ่งกันและกัน (แบบฮาร์โมนิค (Hamonic) คือ มีช่วงซ้ำและจังหวะเท่ากันในเวลาหนึ่งและมีความเร็วเท่าแสง) ซึ่งมีความสัมพันธ์กันดังนี้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบไปด้วยคลื่นที่มีความยาวช่วงคลื่นในหลากหลายช่วงคลื่น ตั้งแต่สั้นที่สุดไปจนถึงยาวที่สุด ซึ่งในแต่ละช่วงคลื่นจะมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ความยาวคลื่นและความถี่คลื่นมีความสัมพันธ์กันแบบผกผัน กล่าวคือ ถ้าความยาวคลื่นมาก ความถี่จะน้อย หรือความยาวคลื่นน้อย ความถี่จะมาก โดยทั่วไป หน่วยวัดความยาวคลื่นที่ใช้ในงานรีโมทเซนซิง มักใช้เป็น ไมโครเมตร

ตาราง แสดงประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ประเภทคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า	ความยาวช่วงคลื่น	ความถี่	คุณสมบัติ
1. รังสีแกมมา (gamma ray)	< 0.03 nm.	> 3,000 THz	ถูกดูดกลืนทั้งหมดโดยชั้นบรรยากาศชั้นบน จึงไม่ได้นำมาใช้ประโยชน์ในการสำรวจจากระยะไกล
2. รังสีเอกซ์ (x-ray)	0.03-3.0 nm.	> 3,000 THz	ถูกดูดกลืนทั้งหมดโดยชั้นบรรยากาศชั้นบนเช่นกัน จึงไม่ได้นำมาใช้ประโยชน์ในการสำรวจจากระยะไกล
3. รังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet)	0.03-0.4 mm	750-3,000 THz	ช่วงคลื่นสั้นกว่า 0.3 mm ถูกดูดซึมทั้งหมดโดยโอโซน (O3) ในบรรยากาศชั้นบน
4. คลื่นอัลตราไวโอเลตที่ใช้ในการถ่ายภาพ  (photographic ultraviolet band)	0.03-0.4 mm	750-3,000 THz	ช่วงคลื่นนี้สามารถผ่านชั้นบรรยากาศได้ สามารถถ่ายภาพด้วยฟิล์มถ่ายรูป แต่มีการกระจายในชั้นบรรยากาศเป็นอุปสรรค
5. คลื่นตามองเห็น (visible)	0.4-0.7 mm	430-750 THz	เป็นช่วงคลื่นที่บันทึกด้วยฟิล์มถ่ายภาพและอุปกรณ์บันทึกภาพได้ดี โดยเป็นช่วงคลื่นที่ดวงอาทิตย์มีการสะท้อนพลังงานสูงสุด (reflected energy peak ที่ 0.5 mm) ช่วงคลื่นนี้แบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่มที่ตอบสนองต่อสายตามนุษย์ คือ 0.4-0.5 mm. ช่วงคลื่นสีน้ำเงิน  0.5-0.6 mm. ช่วงคลื่นสีเขียว  0.6-0.7 mm. ช่วงคลื่นสีแดง  ซึ่งเป็นแม่สีแสงที่ก่อให้เกิดสีต่างๆ ที่เรามองเห็นในธรรมชาติ

6. คลื่นอินฟราเรด (infrared) แบ่งออกเป็นช่วงคลื่นย่อย ดังนี้			ช่วงคลื่นระหว่าง 0.7-0.9 mmสามารถถ่ายภาพด้วยฟิล์มพิเศษ เรียกว่า photographicinfrared film และเป็นช่วงที่โลกสะท้อนพลังงานสูงสุดที่9.7 mm
6.1 อินฟราเรดใกล้ (near infrared)	0.7-1.3 mm	230-430 THz	มีประโยชน์ต่อการศึกษาด้านพืชพรรณ การแยกแยะดินกับน้ำ
6.2 อินฟราเรดคลื่นสั้น (short wave infrared)	1.3-3.0 mm	100-230 THz	มีประโยชน์ต่อการศึกษาด้านการใช้ที่ดินแร่ธาตุ
6.3 อินฟราเรดคลื่นกลาง (middle wave infrared)	3.0-8.0 mm	38-100 THz	มีประโยชน์ด้านการแยกแยะแร่ธาตุวัตถุสะท้อนแสงสูง
6.4 อินฟราเรดความร้อน (thermal infrared)	8.0-14.0 mm	22-38 THz	ใช้ศึกษาโรคพืชเนื่องจากความร้อน ความแตกต่างของความร้อนในพื้นที่ศึกษา ความแตกต่างของความชื้นของดิน
6.5 อินฟราเรดไกล (far infrared)	14.0 mm – 1 mm.	0.3-22 THz	ไม่ปรากฏการประยุกต์ใช้เพราะคลื่นนี้จะถูกชั้นบรรยากาศดูดกลืนจนเกือบทั้งหมด
7. คลื่นไมโครเวฟ (microwave) แบ่งตามขนาดความยาวคลื่นได้ 3 กลุ่มย่อย	0.1-30.0 cm.		เป็นช่วงคลื่นยาวที่สามารถทะลุผ่านหมอก เมฆ และฝนได้ สามารถบันทึกข้อมูลได้ทั้งระบบพาสซีฟและแอคทีฟ
7.1 ช่วงคลื่นขนาดมิลลิเมตร	1.0-10.0 mm.	30-300 GHz
7.2 ช่วงคลื่นขนาดเซนติเมตร	1.0-10.0 mm.	3-30 GHz
7.3 ช่วงคลื่นขนาดเดซิเมตร	0.1-1.0 dm.	0.3-3 GHz
8. คลื่นเรดาร์ (radar) มีแบ่งย่อยเป็นช่วงคลื่นที่สำคัญ ดังนี้	0.1-30.0 cm.	30-300 MHz	เป็นระบบแอคทีฟ ที่สามารถทะลุผ่านหมอก เมฆ และฝนได้
8.1 Ka band	10 mm.
8.2 X band	30 mm.
8.3 L band	25 cm.
9. คลื่นวิทยุ (radio)	1 m. – 100 km.	3 KHz–300 MHz	เป็นช่วงคลื่นที่ยาวที่สุด บางครั้งมีเรดาร์อยู่ในช่วงนี้ด้วย

แหล่งที่มาของข้อมูลและภาพ

http://www.gis2me.com/th/?p=784

รูปแบบของการตรวจวัดรังสี

ในการ ตรวจวัดข้อมูล ของพื้นผิวโลกหรือชั้นบรรยากาศ จากระยะไกล มักทำโดยใช้ อุปกรณ์การตรวจวัดที่ติดตั้งไว้บน สถานีติดตั้ง (platform) ซึ่งอยู่สูงจากผิวโลกพอควร เช่น เครื่องบิน บอลลูน หรือ บนดาวเทียม  ซึ่งจะทำให้มันสามารถสำรวจผิวโลกได้เป็นพื้นที่กว้าง 

ในการทำงาน อุปกรณ์ดังกล่าวจะตรวจวัด ความเข้ม ของรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EM Wave) ที่ ออกมา จากวัตถุที่มันกำลังมองดูอยู่เป็นหลัก และบันทึกผลไว้ในหน่วย กำลังต่อพื้นที่ต่อมุมตันที่มอง หรือ Watt/m2.sr ซึ่งจะเป็น ความเข้มเฉลี่ย ของรังสี ในกรอบการมอง แต่ละครั้ง บนผิวโลก (target area)

ทั้งนี้ รังสี ที่ออกมาจากพื้นที่สำรวจ ซึ่งเครื่องวัดได้ ในแต่ละครั้ง ดังกล่าว จะมีที่มาจาก 3 แหล่ง หลัก คือ 

                    1. รังสีที่ตัววัตถุแผ่ออกมาเองตามธรรมชาติ (radiation หรือ emission)

                    2. แสงอาทิตย์ที่สะท้อนออกมาจากผิวของวัตถุ (reflected sunlight) และ 

                    3. รังสีสะท้อนจากตัววัตถุ ที่ส่งมาจากตัวเครื่องตรวจวัดเอง (reflected sensor’s signal) 

โดยทั่วไป อุปกรณ์ตรวจวัดแต่ละตัว มักจะถูกออกแบบมาให้ตรวจวัดได้ ดีที่สุด ในช่วงความยาวคลื่นแคบ ๆ ช่วงหนึ่งเท่านั้น เรียกว่าเป็น ช่วงคลื่นของการตรวจวัด (spectral range) หรือ แบนด์ (band) ของอุปกรณ์   ซึ่งที่พบมากมักอยู่ใน ช่วง UV  ช่วงแสงขาว  ช่วงอินฟราเรด และ  ของสเปกตรัมคลื่น EM

ระบบการทำงาน

แบ่งตามแหล่งกำเนิดพลังงานที่ก่อให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มี 2 กลุ่มใหญ่ คือ

1.  Passive remote sensing เป็นระบบที่ใช้กันกว้างขวางตั้งแต่เริ่มแรกจนถึงปัจจุบัน โดยมีแหล่ง พลังงานที่เกิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน ระบบนี้จะรับและบันทึกข้อมูลได้ ส่วนใหญ่ในเวลากลางวัน และมีข้อจำกัดด้านภาวะอากาศ ไม่สามารถรับข้อมูลได้ในฤดูฝน หรือเมื่อมีเมฆ หมอก ฝน

2.  Active remote sensing เป็นระบบที่แหล่งพลังงานเกิดจากการสร้างขึ้นในตัวของเครื่องมือสำรวจ เช่น ช่วงคลื่นไมโครเวฟที่สร้างในระบบเรดาห์ แล้วส่งพลังงานนั้นไปยังพื้นที่เป้าหมาย ระบบนี้ สามารถทำการรับและบันทึกข้อมูล ได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเวลา หรือ ด้านสภาวะภูมิอากาศ คือสามารถรับส่งสัญญาณได้ทั้งกลางวันและกลางคืน อีกทั้งยังสามารถทะลุผ่านกลุ่มเมฆ หมอก ฝนได้ในทุกฤดูกาล ในช่วงแรกระบบ passive remote sensing ได้รับการพัฒนามาก่อน และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ส่วนระบบ active remote sensing มีการพัฒนาจากวงการทหาร แล้วจึงเผยแพร่เทคโนโลยีนี้ต่อกิจการพลเรือนในช่วงหลังการสำรวจในด้านนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นโดยเฉพาะกับประเทศในเขตร้อนที่มีปัญหาเมฆ หมอก ปกคลุมอยู่เป็นประจำ

แหล่งที่มาของข้อมูลและภาพ
http://yingpew103.wordpress.com/2013/01/18/%E0%B9%80%E0%B8%97%E0%B8%84%E0%B9%82%E0%B8%99%E0%B9%82%E0%B8%A5%E0%B8%A2%E0%B8%B5%E0%B8%94%E0%B9%89%E0%B8%B2%E0%B8%99%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%AA%E0%B8%B3%E0%B8%A3%E0%B8%A7%E0%B8%88%E0%B8%A3/

ขั้นตอนการสำรวจทางรีโมทเซนซิง

          การได้รับข้อมูล (Data acquisition) เป็นกระบวนการบันทึกพลังงานที่สะท้อนหรือส่งผ่านของวัตถุโดยเครื่องมือบันทึกข้อมูลบนยานสำรวจ (platform) แล้วส่งข้อมูลเหล่านั้นไปยังสถานีรับสัญญาณภาคพื้นดิน เพื่อผ่านกรรมวิธีการผลิตเป็นข้อมูล ซึ่งข้อมูลผลลัพธ์อยู่ได้ทั้งในรูปแบบของภาพถ่ายและข้อมูลเชิงตัวเลข ประกอบไปด้วย

1) แหล่งพลังงาน คือ ดวงอาทิตย์

2) การเคลื่อนที่ของพลังงาน (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ผ่านชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งจะมีพลังงานบางส่วน             ต้องเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพของชั้นบรรยากาศโลก

3) ลักษณะผิวหน้าของโลก ซึ่งพลังงานที่ผ่านชั้นบรรยากาศมาแล้วจะทำปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิวโลก

4) ระบบถ่ายภาพหรือระบบการบันทึกข้อมูล ซึ่งความละเอียดของภาพขึ้นกับระดับความสูงของวง                 โคจร ความสามารถของระบบที่บันทึก และสภาพบรรยากาศของโลกขณะพลังงานสะท้อนกลับ

5) ผลิตภัณฑ์ข้อมูล เป็นข้อมูลที่ได้รับทั้งในแบบข้อมูลเชิงตัวเลขและรูปภาพ

การวิเคราะห์ข้อมูล (Data analysis)

ประกอบด้วยการวิเคราะห์ข้อมูล การแปลตีความ การผลิต และการนำไปใช้

6) กระบวนการแปลภาพ ซึ่งอาจใช้ทั้งวิธีด้วยสายตา และ/หรือ ด้วยคอมพิวเตอร์

7) ผลิตภัณฑ์สารสนเทศ

8)    ผู้ใช้

แหล่งที่มาของข้อมูลและภาพ

http://www.scitu.net/gcom/?p=773

องค์ประกอบของระบบ RS

เราสามารถ จำแนก องค์ประกอบของระบบการตรวจวัดจากระยะไกลออกได้เป็น 3 ส่วนหลัก คือ

          1.  แหล่งข้อมูลของการตรวจวัด (Sources) :ในที่นี้คือ พื้นผิวและบรรยากาศของโลก

          2.  อุปกรณ์การตรวจวัดจากระยะไกล (Remote Sensor) : ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อ

          3.  ระบบการประมวลผลข้อมูล (Data Processing System) : ใช้ผู้ปฏิบัติการและระบบคอมพิวเตอร์

ในช่วงแรก ๆ คำว่า “Remote Sensing” จะใช้มากในการศึกษาและวิจัยทางภูมิศาสตร์โดยเฉพาะการรังวัดภาพถ่าย(photogrammetry) และการแปลภาพถ่ายทางอากาศและภาพดาวเทียมด้วยสายตา เป็นหลัก (เนื่องจากระบบคอมพิวเตอร์ยังไม่พัฒนามากนัก) 

อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ยุค 1970s เป็นต้นมา คำนี้มักถูกใช้กับงานสำรวจโดยอุปกรณ์ที่ติดตั้งไว้บน ดาวเทียมสำรวจแผ่นดิน (land observation satellite) เช่น Landsat หรือ SPOT และดาวเทียมสำรวจสภาพอากาศของโลก (weather satellite) เป็นหลัก เช่น GOES, GMS หรือ NOAA เป็นต้น

สังเกตว่า “ดวงตา (eyes)” ของเรา อาจถือเป็นอุปกรณ์การสำรวจระยะไกลประเภทหนึ่ง โดยมีสมองของเราทำงานคล้ายกับเป็น หน่วยประมวลผล (processing unit) หรือหน่วยแปลความหมายของข้อมูลที่ได้รับผ่านสายตาของเรามา (มันทำงานคล้ายกล้องถ่ายรูป)

พัฒนาการของระบบการตรวจวัดจากระยะไกล

โดยทั่วไป ความก้าวหน้า ของเทคนิคการตรวจวัดจากระยะไกล จะขึ้นกับพัฒนาการของตัวแปรหลัก 3 ตัว คือ

        1. สถานีติดตั้ง (platform)  

        2. เครื่องตรวจวัด (remote sensor) และ  

        3. ระบบการประมวลผลข้อมูล (processing system)

          

ทั้งนี้ พัฒนาการของ สถานี ติดตั้งที่สำคัญคือการเกิดขึ้นของ เครื่องบิน (airplane) ใน ค.ศ.1903 และ ดาวเทียม (satellite) ในปี ค.ศ.1957 ส่วนพัฒนาการของระบบการ ประมวลผล ข้อมูลที่สำคัญคือ การเกิดขึ้นของ ระบบคอมพิวเตอร์ แบบ main frame ในช่วงยุค1960s-70s และคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลในยุค 1980s

เราสามารถแบ่ง พัฒนาการ ของระบบ RS ออกได้เป็น 2 ช่วงหลักคือ

     

               1.   ช่วงก่อนปี ค.ศ.1960 

                              เรียกว่าเป็นยุคของ การสำรวจทางอากาศ โดยมี เครื่องบินและบอลลูน เป็นสถานีติดตั้งที่สำคัญสำหรับเทคนิคการตรวจวัดที่ใช้งานกันมากที่สุดคือ การถ่ายภาพทางอากาศ (aerial photography) 

               2.   ช่วงตั้งแต่ปี ค.ศ.1960 เป็นต้นมา  

                             เรียกว่าเป็นยุคของ การสำรวจจากอวกาศ (space age) หรือ ยุคดาวเทียม เนื่องจาก อุปกรณ์การตรวจวัดที่สำคัญมักจะติดตั้งไว้บน ดาวเทียม ซึ่งโคจรอยู่รอบโลกที่ระดับความสูงต่าง ๆ กัน 

หลักการของรีโมทเซนซิง

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

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

แหล่งที่มาของข้อมูลและภาพ

http://remote-sensing-1.blogspot.com/p/1.html