ความหมายของ “Remote Sensing”

รีโมตเซนซิง (Remote Sensing) หรือการการรับรู้จากระยะไกล เป็นศัพท์เทคนิคที่ใช้เป็นครั้งแรกในประเทศสหรัฐอเมริกาใน พ.ศ.2503 หมายถึง วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแขนงหนึ่ง ที่บันทึกคุณลักษณะของวัตถุ (Object) หรือปรากฎการณ์ (Phenomena) ต่างๆ จากการสะท้อนแสงหรือ การแผ่รังสีพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Energy) โดยเครื่องวัดอุปกรณ์บันทึกที่ติดอยู่กับยานสำรวจ  การใช้รีโมตเซนซิงเริ่มแพร่หลายนับตั้งแต่สหรัฐอเมริกาได้ส่งดาวเทียมสำรวจทรัพยากรดวงแรก LANDSAT-1 ขึ้นใน พ.ศ.2515

คำจำกัดความของ “Remote Sensing”

วิทยาศาสตร์และศิลปะของการได้มาซึ่งข้อมูลเกี่ยวกับ วัตถุ พื้นที่ หรือ ปรากฏการณ์ จากเครื่องบันทึกข้อมูล โดยปราศจากการเข้าไปสัมผัสวัตถุเป้าหมาย ทั้งนี้โดยอาศัยคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อในการได้มาของข้อมูล 

       เราสามารถหาคุณลักษณะของวัตถุได้จากลักษณะการสะท้อนหรือการแผ่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุนั้น ๆ คือ “วัตถุแต่ละชนิด จะมีลักษณะการสะท้อนแสงหรือการแผ่รังสีที่เฉพาะตัวและแตกต่างกันไป ถ้าวัตถุหรือสภาพแวดล้อมเป็นคนละประเภทกัน” คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อในกาได้มาของข้อมูลใน 3 ลักษณะ คือ ช่วงคลื่น(Spectral) รูปทรงสัณฐานของวัตถุบนพื้นโลก (Spatial) และการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา (Temporal) รีโมตเซนซิงจึงเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการจำแนก และเข้าใจวัตถุหรือสภาพแวดล้อมต่าง ๆ จากลักษณะเฉพาะตัวในการสะท้อนแสงหรือแผ่รังสี

กระบวนการและองค์ประกอบการรับรู้จากระยะไกล (Process and elements of remote sensing)

                กระบวนการการรับรู้จากระยะไกลมี 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

องค์ประกอบของ “Remote Sensing”

            การตรวจวัดจากระยะไกลออกได้เป็น 3 ส่วนหลัก คือ

1.  แหล่งข้อมูลของการตรวจวัด (Sources) :  ในที่นี้คือ พื้นผิวและบรรยากาศของโลก
2.  อุปกรณ์การตรวจวัดจากระยะไกล (Remote Sensor) : ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อ
3.  ระบบการประมวลผลข้อมูล (Data Processing System) : ใช้ผู้ปฏิบัติการและระบบคอมพิวเตอร์

    

    รูปแบบของการตรวจวัดรังสี

             ในการตรวจวัดข้อมูลของพื้นผิวโลกหรือชั้นบรรยากาศจากระยะไกลมักทำโดยใช้อุปกรณ์การตรวจวัดที่ติดตั้งไว้บน สถานีติดตั้ง (platform) ซึ่งอยู่สูงจากผิวโลกพอควร 

    เช่นเครื่องบิน 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)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)

                 รังสีที่ออกมาจากพื้นที่สำรวจซึ่งเครื่องวัดได้ในแต่ละครั้งจะมีที่มาจาก 3 แหล่ง หลักๆ คือ 

1.     รังสีที่ตัววัตถุแผ่ออกมาเองตามธรรมชาติ (radiation หรือ emission)
2.      แสงอาทิตย์ที่สะท้อนออกมาจากผิวของวัตถุ (reflected sunlight) 
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 และของสเปกตรัมคลื่น EM

    ระบบการบันทึกข้อมูล

    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 ช่วงคลื่นไมโครเวฟที่สร้างในระบบเรดาร์ แล้วส่งพลังงานนั้นไปยังพื้นที่เป้าหมาย ระบบนี้ สามารถทำการรับและบันทึกข้อมูล ได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเวลา หรือ ด้านสภาวะภูมิอากาศ คือสามารถรับส่งสัญญาณได้ทั้งกลางวันและกลางคืน อีกทั้งยังสามารถทะลุผ่านกลุ่มเมฆ หมอก ฝนได้ในทุกฤดูกาล ในช่วงแรกระบบ passive remote sensing ได้รับการพัฒนามาก่อน และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ส่วนระบบ active remote sensing มีการพัฒนาจากวงการทหาร แล้วจึงเผยแพร่เทคโนโลยีนี้ต่อกิจการพลเรือนในช่วงหลังการสำรวจในด้านนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นโดยเฉพาะกับประเทศในเขตร้อนที่มีปัญหาเมฆ หมอก ปกคลุมอยู่เป็นประจำ

    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

    การผสมสีภาพ (Image Color Composite)

    ภาพสีผสมสามารถแบ่งได้ 3 ชนิด ดังนี้

    1. ภาพสีผสมแบบสีธรรมชาติ (Natural Color Composite : NCC)

        ได้แก่ 3-2-1: R-G-B  ตัวอย่างภาพสีผสมแบบสีธรรมชาติ 

      2. ภาพสีผสมแบบสีจริง (True Color Composite : TCC)

         เช่น 3-4-1 , 3-4-6 , 7-4-3  ตัวอย่างภาพสีผสมจริง  

        3. ภาพสีผสมเท็จ (False Color Composite : FCC)

        เช่น 4-5-3 , 4-1-7 , 5-3-2  ตัวอย่างภาพสีผสมเท็จ 

      แหล่งข้อมูลอ้างอิง

•      http://www.gis2me.com/th/?p=793