What is Geomorphometry? ธีระ ลาภิศชยางกูล อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี E-mail : theera.lil@kmutt.ac.th
เมื่อพูดถึงวิชาการสารวจ (Surveying) จะทาให้เรานึกถึงการส่องกล้องและวัดระยะ เพื่ อ ท าแผนที่ , วางแนวถนน, วางแนวเสาไฟฟ้ า , วางแนวรางรถไฟและการท าระดั บ เพื่อหาความสูงของพื้นดินหรือระดับพื้นอาคารที่เทคอนกรีต ในอดีตการทางานสารวจจะทาด้วย มื อ ทั้ ง การท างานในสนามและการสร้ า งแผนที่ เ พื่ อ น าไปใช้ ใ นงานต่ า งๆ แต่ ใ นปั จ จุ บั น การทางานสารวจยังคงต้องสารวจบนพื้นที่ที่ต้องการเช่นเดิมแต่การสร้างแผนที่และวางแผนก็จะ เป็นการนาคอมพิวเตอร์เข้ามาประยุกต์ใช้ทาให้แผนที่จากเดิมในรูปแบบของกรดาษเปลี่ยนเป็น แผนที่เชิงเลข (Digital Mapping) ที่สามารถแสดงบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ได้ทั้งสองและสามมิติ ทาให้เ ราไม่ เพียงแค่เ ห็น ตาแหน่ งของสิ่งต่ างๆบนพื้ นที่เ ท่า นั้น แต่ยัง แสดงรายละเอี ยดและ ความสูงของพื้นผิวภูมิประเทศได้แบบมีมิติในมุมมองที่กว้างขึ้นกว่าเดิมซึ่งมีผลต่อการตัดสินใจ และวางแผนในการใช้พื้นที่แห่งนั้น ซึ่งความสูงของพื้นผิวภูมิประเทศที่เราเขียนขึ้นในแบบสอง มิติจะอยู่ในรูปของเส้นชั้นความสูง ดังรูปที่ 1 ที่แสดงค่าความสูงไปตามเส้นที่ลากต่อกันไป ส่วนพื้นผิวภูมิประเทศแบบสามมิติจะเป็นการแสดงให้เห็นรายละเอียดที่ดีขึ้น ทาให้รู้ลักษณะ ของพื้นผิวภูมิประเทศเสมือนจริง ดังรูปที่ 2 ที่สามารถวิเคราะห์และหาความสัมพันธ์ระหว่าง พื้นผิวภูมิประเทศแต่ละจุดหรือพื้นผิ วภูมิประเทศกับวัตถุได้อย่างถูกต้องซึ่งจะเรียกว่า Digital Elevation Model (DEM) เป็นการสร้างพื้นผิวภูมิประเทศแบบสามมิติเป็นการนาความสูง จากการสารวจบนภูมิประเทศที่อ้างอิงจากระดับน้าทะเลปานกลาง (Mean Sea Level; MSL) และ ค่าพิกัดทางราบ (Horizontal Coordinate) มาวาดรูปจากลายเส้นให้เป็นพื้นผิวภูมิประเทศ ที่มองได้เห็นเสมือนจริงบนคอมพิวเตอร์ เมื่อได้ความสูงของพื้นผิวแล้วจะพบว่า ในภูมิประเทศ ที่ต้องการจะมีรายละเอียดต่างๆ เช่น ต้นไม้, อาคาร, แม่น้า, ประชากร, สภาพอากาศ เป็นต้น สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นข้อมูลบนภูมิประเทศที่ต้องใช้ ความรู้ในหลายๆสาขาวิชาเพื่อนามาประกอบ กันเป็นข้อมูลพื้นฐานสาหรับใช้ในการวิเคราะห์และวางแผนเพิ่มเติมจากการสารวจเบื้องต้น สิ่งเหล่านี้จึงทาให้การสร้างพื้นผิวภูมิประเทศจากเดิมที่เห็นแต่ลักษณะความสูงต่าของพื้นดิน เพียงอย่างเดียวในปัจจุบันสามารถต่อยอดจึงถึงนาไปใช้ในงานขั้นสูงได้จึงถูกเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Geomorphometry เป็นวิทยาศาสตร์ของการวิเ คราะห์เชิงพื้ นผิวภูมิ ประเทศ[3] ซึ่ง คาคานี้
เป็นคาใหม่ในการวิเคราะห์ นาเสนอและสร้างแผนที่ พื้นผิวภูมิประเทศด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ ที่ ร วมการค านวณทางคณิ ต ศาสตร์ (Mathematics), วิ ช าวิ ทยาศาสตร์ เ กี่ ยวกั บโลก (Earth Sciences) และวิชาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ (Computer Science) เข้าด้วยกันดังรูปที่ 3 ซึ่งเป็น การรวมศาสตร์ ต่ า งๆที่ เ กี่ย วข้ อ งกั บพื้ น ผิ ว ภู มิ ประเทศเข้ า ด้ ว ยกั น จากการก าหนดรู ป แบบ, พารามิเตอร์และคุณสมบัติเพื่อทาการวิเคราะห์เชิงพื้นที่ซึ่งทาให้ผลที่ได้จากการทางานนาไปใช้ ในงานต่างๆเช่น สิ่งแวดล้อม, โยธา, วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลก, ทหาร,การสารวจพื้นทะเลและ งานทั่วไป ได้อย่างถูกต้องและชัดเจนจากภาพที่ปรากฏบนคอมพิวเตอร์
รูปที่ 1 แสดงสั้นความสูง[1]
รูปที่ 2 แสดงระดับพื้นผิวภูมิประเทศ (Digital Elevation Model :DEM) [2]
รูปที่ 3 องค์ประกอบของ Geomorphometry [3]
ในงานของ Geomorphometry ผู้ที่ทางานจึงต้องประกอบไปด้วยผู้ที่มีความรู้ในงานด้าน ส ารวจและผู้ ที่มี ค วามรู้ ใ นงานด้ า นอื่ น ๆที่ ต้ อ งการน าลั ก ษณะของพื้ น ผิ ว ภู มิ ป ระเทศไปใช้ ประโยชน์เพราะถ้าเป็นงานสารวจเพียงอย่างเดียวก็จะได้ลักษณะของพื้นผิวภูมิประเทศในแบบ สองและสามมิติออกมาทาให้ทราบเฉพาะแต่ความสูง ที่นาไปใช้งานเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิว ภูมิประเทศเท่านั้น แต่เมื่อนามาผนวกกับข้อมูลอื่นๆในพื้นที่แห่งนั้นจะทาให้ทราบถึง ประโยชน์ ของพื้นที่เพื่องานในด้านต่างๆเช่น ถ้าเพิ่มข้อมูลของอาคารบ้านเรือน, จานวนประชากร, อายุ และอาชีพของประชากร, ลักษณะของชั้นดินและต้นไม้ เป็นต้น จากข้ อมูลที่กล่าวมาทาให้เรา สามารถน าไปวางแผนการจั ด พื้ น ที่ เ มื อ ง, กลุ่ ม ประชากร, ประเภทของพื ช ที่ เ หมาะสม, ลั ก ษณะของอาคารที่ เ หมาะสมในการปลู ก สร้ า งและทิ ศ ทางของน้ าที่ ผ่ า นพื้ น ที่ เป็ น ต้ น จากการผนวกข้อมูลเพิ่มจากการสารวจ ดังนั้นในงานการวิเคราะห์เชิงพื้นผิวภูมิประเทศจะ ประสบผลสาเร็จได้จึงต้องประกอบไปด้วยองค์ประกอบหลักๆ 3 ประกอบคือ 1. ข้อมูล ที่กล่าวถึงนี้จะเป็นข้อมูลต่างๆของพื้นผิวภูมิประเทศที่ทาการสารวจคือจุด ต่างๆที่มีค่าพิกัดทางราบและความสูงที่นามาสร้างพื้นผิวภูมิประเทศ และข้อมูลอื่นๆ บนพื้ น ภู มิ ประเทศที่ จ ะน ามาใช้ ใ นการสร้ า งและวิ เ คราะห์ พื้ น ที่ แ ห่ ง นั้ น ส าหรั บ
นาไปใช้ในงานเฉพาะด้าน ซึ่งข้อมูลในส่วนนี้จะมาจากการสารวจ ซึ่งมีอยู่ด้วยกัน 3 แบบ[4]จากลักษณะของเครื่องมือที่ใช้ในการสารวจคือ a. ข้อมูลจากการสารวจในสนาม ข้อมูลจากการสารวจในสนามเป็นวิธีการหนึ่ง ในการได้ ม าซึ่ ง ข้ อ มู ล ของพื้ น ภู มิ ป ระเทศบริ เ วณนั้ น โดยตรงในสนามที่ ทาการรังวัด โดยการใช้เครื่องในการจัดเก็บข้อมูลแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ - ข้อมูลจากการสารวจด้วยกล้องธีโอโดไลท์และกล้องระดับ - ข้อมูลจากการสารวจด้วยเครื่องหาพิกัดด้วยดาวเทียมจีพีเอส b. ข้อมูลจากการสารวจด้วยภาพถ่ายทางอากาศหรือภาพถ่ายดาวเทียม c. ข้อมูลจากการดิจิไทล์แผนที่ เป็นการนาข้อมูลบนกระดาษหรือในรูปของ ข้อมูลที่ถูกสแกนที่เรียกว่า ข้อมูลแบบแรสเตอร์บนคอมพิวเตอร์เช่น เส้นชั้น ความสูง ขอบเขตที่ดินฯ ไปเป็นข้อมูลเวกเตอร์บนคอมพิวเตอร์เพื่อนาข้อมูล ดั ง กล่ า วไปใช้ ใ นการสร้ า งแบบจ าลองด้ ว ยการซ้ อ นทั บ กั บ ข้ อ มู ล ทาง ภู มิ ป ระเทศอื่ น ๆ ในการแปลงข้ อ มู ล ของแผนที่ ใ นรู ป แรสเตอร์ ห รื อ บนกระดาษไปเป็นข้อมูลเวกตอร์สามารถทาๆได้ 2 วิธี คือ - การใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ - การใช้เครื่องร่างแผนที่ (Map Digitizer)
รูปที่ 4 เครื่องร่างแผนที่ [5]
2. คุ ณ สมบั ติ ข องภาพเชิ ง เลข เป็ น ลั ก ษณะของภาพที่ ต้ อ งการแสดงผลบน จอคอมพิวเตอร์ซึ่งโดยปรกติ จะเป็นภาพแบบราสเตอร์ดังรูปที่ 5 ที่เกิดจากลักษณะ ของจุดภาพ (Pixel) ที่มีลักษณะสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ต่อเนื่องกันและมีค่าความสว่างบน จุ ด ภาพแต่ ล ะจุ ด ไม่ เ ท่ า กั น ที่ เ กิ ด จากการสะท้ อ นของแสงจากวั ต ถุ ม าที่ เครื่องบันทึกภาพ 0,0
Y
X
Pixel
รูปที่ 5 แสดงแกนบนภาพและตาแหน่งจุดเริ่มบนภาพถ่ายเชิงเลข [6]
หรืออาจจะอยู่ในข้อมูลแบบเวกเตอร์ ที่ประกอบด้วยจุด เส้นและพื้นที่ ที่แสดง รายละเอียดของข้อมูลบนภาพซึ่งการกาหนดตาแหน่งบนภาพเวกเตอร์ใช้ค่าพิกัดทาง แกน x, y จากจุดที่อ้างอิงสาหรับกาหนดข้อมูลรายละเอียดต่างๆ ดังรูปที่ 6
รูปที่ 6 แสดงแกนและการบอกตาแหน่งของข้อมูลแบบเวกเตอร์ [7]
3. วิธีการวิเคราะห์ เป็นกระบวนการวิเคราะห์ข้อมูลคือค่าความสว่างจากภาพราสเตอร์ เพื่อทาการแปลผลให้อยู่ในรูปแบบที่ต้องการเช่น ความสูง, ความชัน, ประเภทของ สิ่งปกคลุมพื้นดิน เป็นต้น ซึ่งจะหาความสัมพันธ์ระหว่างจุดภาพจากค่าความสว่างที่ อยู่ใกล้เคียงกันในการแปลผล ซึ่งอาจจะต้องใช้เทคนิคการจาแนกภาพ (Image
Classification) [8]และเทคนิคการกรองภาพ (Filtering Image) [8] เพื่อให้ได้ แบบจาลองที่มีความสมบูรณ์สามารถนาไปใช้ได้อย่างถูกต้อง จากลักษณะของงาน Geomorphometry จะเห็นได้ว่าเป็นการรวมวิธีการหลายๆแบบของ งานสารวจ, งานสารวจด้วยภาพเชิงเลขจากภาพถ่ายทางอากาศและภาพดาวเทียมเข้าด้วยกัน เพื่ อ น ามาสร้ า งแบบจ าลองพื้ น ผิ ว ภู มิ ป ระเทศในแบบสามมิ ติ ที่ ส ามารถแสดงผลและ วิเคราะห์เชิงพื้นที่ได้อย่างถูกต้อง ซึ่งในอนาคตอันใกล้นี้งานของ Geomorphometry ก็จะเริ่ม แพร่ ห ลายขึ้ น จากความสามรถของเทคโนโลยี แ ละเครื่ องมื อ ที่ มี ค วามทั น สมั ย ยิ่ ง ขึ้ น ท าให้ ก ารท างานด้ า นส ารวจที่ มี ค วามยากล าบากในอดี ต สามารถท าได้ ง่ า ย, รวดเร็ ว และ มีความถูกต้องในการนาไปใช้ในงานต่างๆได้ตรงตามความต้องการของหน่วยงานและองค์กร ต่างๆ บรรณานุกรม 1. ยรรยง ทรัพย์สุขอานวย, 2537, วิชาการสารวจ, พิมพ์ครั้งที่ 9, กรุงเทพฯ 2. Astrium, 2011, TanDEM-X Global Digital Elevation Model, Available URL : http://www.navy.mi.th/hydro/km/kmdoc/PDF/geographic.pdf , [Tuesday, April 24, 2012] 3. R.J. Pike et al., 2009, Geomorphometry: A Brief Guide, Available URL : http://geomorphometry.org/system/files/Pike_2008_Geomorphometry_ch1.pdf, [Friday, April 27, 2012] 4. Zhilin Li, Quing Zhu and Christopher Gold. 2005. Digital Terrain Model : Principles and Methodology, USA. CRC PRESS. 5. Wikipedia. 2008. Graphics tablet. [Online] Available : http://en.wikipedia.org/wiki /Digitizing_tablet ( 02 January 2008) 6. ธีระ ลาภิศชยางกูล, 2551, “เทคนิคการแปลงข้อมูลภาพระหว่างเวกเตอร์กับแรสเตอร์ในงานแผน ที่”, วารสารวิชาการ ม.อบ., มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี, 10(1),: มกราคม-เมษายน : 13-25 7. Tor Bernhardsen. 2002. Geographical Information System : an introduction. USA. John Wiley & Sons. 3rd : 54-91
8. ธีระ ลาภิศชยางกูล, 2549, “เทคนิคการจาแนกรายละเอียดภาพถ่ายดาวเทียมในงานสารวจ ระยะไกล”, วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, มหาวิทยาลัยมหาสารคาม, 25(3), กรกฎาคมกันยายน: 66-76 9. ธีระ ลาภิศชยางกูล, 2550, “เทคนิคการกรองภาพสาหรับงานสารวจระยะไกล”, วารสาร วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, มหาวิทยาลัยมหาสารคาม, 26(3),: กรกฎาคม-กันยายน : 302-31