Remote Sensing: งานสำรวจฯ แบบที่ไม่ต้องลงพื้นที่ ให้เมื่อยตุ้ม (นักสำรวจ นั่งหน้าคอมฯ)

>> ผู้เขียนขออนุญาติจับเอางานทางด้าน Remote Sensing ขึ้นมาปัดฝุ่น เพื่อปูพื้นฐานความรู้-ความเข้าใจ ศาสตร์ทางด้านการสำรวจรับรู้จากระยะไกล (Remote Sensing) แบบพอสังเขป ก่อนที่บทความสาธิตขั้นตอน (แบบเจาะลึก) การใช้งานโปรแกรมประยุกต์ ในการทำงานกับตัวภาพถ่ายทางอากาศ หรือภาพถ่ายดาวเทียม ซึ่งจะถูกเขียนและเผยแพร่ สำหรับท่านผู้ศึกษา หรือผู้ที่สนใจศาสตร์งานทางด้านนี้ ในโอกาสถัดไป
* งานสำรวจฯ แบบที่ไม่ต้องลงพื้นที่ ให้เมื่อยตุ้ม หรือชนบางกลุ่ม เรียกบุคคลากรที่ทำงานทางด้านนี้ว่า 'นักสำรวจ หน้าคอมฯ' O_o

ชนชาว Remote Sensing (RS) แห่งสารขันธ์บ้านเรา ที่ต้องเกี่ยวดองหนองยุ่ง อยู่กับการแปลภาพถ่าย  หรือการจัดการกับตัวถ่ายทางอากาศ หรือจากภาพถ่ายดาวเทียม ซึ่งมีโปรแกรมประยุกต์ (ลิขสิทธิ์...ราคาหลายแสนบาท) ที่ถูกเลือกใช้หลักๆ อยู่ 4 โปรแกรม คือ
- ENVI
- Erdas Imagin
- PCI Geomatica
- ArcGIS (โปรแกรมจากค่ายยักษ์ใหญ่ ราคาแพง แต่มีผู้นำไปใช้งานทางด้าน Remote Sensing ไม่มากนัก?)
* โปรแกรมอื่นๆ ที่มีผู้ใช้จำนวนน้อย อาทิ IDRISI, Image Analyst, TNTmips ฯลฯ
* โปรแกรมฟรีแวร์ ที่มีความสามารถทางด้าน Remote Sensing อาทิ QGIS, Grass GIS, ILWIS ฯลฯ

โดยมีโปรแกรม ENVI และ Erdas Imagin ที่เป็น 2 โปรแกรมที่มีผู้ใช้งานมากที่สุด ส่วนโปรแกรมใดที่ใช้งานได้ดีกว่ากันนั้น บ้างก็ว่าโปรแกรม ENVI ใช้งานยาก และบ้างก็ว่า Erdas Imagin ใช้งานยากกว่า แต่เท่าที่ผู้เขียน (ส่วนตัว) ได้พบ ได้ซักถามบุคลลากรที่ทำงานทางด้านนี้...ผู้ใช้งานโปรแกรม Erdas Imagin น่าจะมีจำนวนมากกว่าผู้ใช้งานโปรแกรม ENVI ในอัตราส่วนประมาณ 60:40 (และผู้เขียนก็เป็นหนึ่งใน 40% นั้น และเป็นหนึ่งเสียงกระแอมเบาๆ ที่บอกว่า Erdas Imagin ใช้งานยากเด้อครับ -_- ")

ปฐมบท งานสำรวจรับรู้จากระยะไกล (Remote Sensing):
แรกเริ่มเดิมทีนั้น กระบวนการสำรวจรับรู้จากระยะไกล (Remote Sensing) ถูกผนวกอยู่ในหมวดหนึ่งของกระบวนการผลิตแผนที่ หรือการแปลข้อมูลจากภาพถ่ายทางอากาศ ในยุคใช้ฟิล์มถ่ายภาพขาว-ดำ และภาพสีในยุคต่อมา (ยุคนั้นยังไม่มีข้อมูลเชิงเลข/ภาพถ่ายดาวเทียม) เพื่อการผลิตออกมาเป็นแผนที่ ซึ่งกระบวนการสำรวจรับรู้จากระยะไกล (Remote Sensing) คือวิธีการตรวจสอบวิเคราะห์ (แปลความหมาย) จากภาพถ่ายทางอากาศ ว่าสิ่งที่ปรากฎอยู่ในภาพถ่ายฯนั้น 'คืออะไร' ไม่ว่าจะเป็น พื้นที่ทางการเกษตร ป่าไม้ ที่อยู่อาศัย ถนน แหล่งน้ำ ฯลฯ และมีความสัมพันธ์กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์อย่างไร ทั้งจากการใช้ 'สายตา' (พิจารณาภาพถ่ายฯด้วยตาเปล่า) และการใช้โปรแกรมประยุกต์...โดยที่ตัวผู้วิเคราะห์ 'ไม่จำเป็น' ที่จะต้องเดินทางไปในพื้นที่ดังกล่าว เพื่อทำการสำรวจฯด้วยตนเอง

ในยุคต่อมา ได้มีการนำเอาภาพถ่ายดาวเทียม ในช่วงคลื่น (band) สีต่างๆ มาใช้ในกระบวนการ Remote Sensing เพื่อทำการแปลความหมายของสิ่งที่ปรากฎอยู่ในภาพถ่ายดาวเทียม โดยอาศัยความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ที่มีการพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยให้ศาสตร์ทางด้านการสำรวจรับรู้ระยะไกล (Remote Sensing) ได้รับการพัฒนาให้ก้าวหน้าขึ้นตามไปด้วย ซึ่งเทคโนโลยีล่าสุด ณ พ.ศ. นี้คือความสามารถในการตรวจสอบวิเคราะห์ข้อมูลจากการสแกนสภาพภูมิประเทศด้วยคลื่นเรดาร์ x band และ p band

* ภาพถ่ายดาวเทียม จำเป็นต้องอาศัย 'แสง' จากดวงอาทิตย์เป็นตัวสะท้อนภาพ และไม่สามารถส่องทะลุชั้นเมฆได้ (ในกรณีมีกลุ่มเมฆปกคลุม)
* ภาพสแกนด้วยช่วงคลื่นเรดาร์ อาศัยแหล่งกำเนิดคลื่นจากอุปกรณ์ที่ติดตั้งกับอากาศยาน ซึ่่งมีข้อดี นั่นคือสามารถทำการสำรวจในเวลากลางคืน หรือมีเมฆปกคลุมได้

ซึ่งแต่เดิมที่งานทาง Remote Sensing เคยถูกจำกัดอยู่ในเฉพาะกลุ่มงานเพื่อการผลิตแผนที่ ต่อมาได้ถูกปรับเปลี่ยนมาเป็นหน่วยงานที่มีหน้าที่บริหารจัดการกับตัวภาพถ่ายฯโดยเฉพาะ อาทิ การผลิตแผนที่จากภาพถ่ายดาวเทียม การแปลภาพถ่ายฯ เพื่อการติดตาม 'ความเปลี่ยนแปลง' ทางกายภาพของสิ่งที่ปรากฎอยู่ในภาพ ในช่วงเวลาต่างๆ รวมถึงการวิเคราะห์ตรวจสอบ และพยากรณ์คาดการณ์ ถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้น หรือผลกระทบ บนสมมุติฐานต่างๆ
* ภาพถ่ายดาวเทียม ได้กลายมาเป็นเครื่องมือหลักในศาสตร์การศึกษาการสำรวจรับรู้ระยะไกล (Remote Sensing) ในยุคปัจจุบัน

>> ในพื้นที่สำรวจขนาดเล็ก ผู้สำรวจสามารถทำการสำรวจสิ่งที่สนใจศึกษา อาทิ ขนาดเนื้อที่ จำนวน และตำแหน่งที่ตั้ง ด้วยตนเองได้...แต่ถ้าพื้นที่มีขนาดใหญ่ระดับอำเภอ หรือจังหวัด การทำการสำรวจด้วยวิธีการเดิม (ลงพื้นที่) จะทำให้เกิดการสิ้นเปลืองเวลา และงบประมาณเป็นอย่างมาก

ฉะนั้น ภาพถ่ายดาวเทียม จึงได้เข้ามามีบทบาทสำคัญสำหรับพื้นที่ๆมีขนาดใหญ่ โดยสามารถตอบโจทย์ในลักษณะเดียวกันที่ว่า สิ่งที่สนใจศึกษามีขนาดเท่าใด อยู่ที่ไหน มีจำนวนเท่าไหร่ และรวมถึงมีการเพิ่มขึ้น-ลดลง หรือถูกเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร เมื่อทำการเปรียบเทียบข้อมูลกับช่วงเวลาอื่นๆ ในพื้นที่เดียวกัน

สิ่งที่ปรากฎอยู่ในภาพถ่ายฯ:
>> ในกระบวนการตรวจสอบวิเคราะห์ข้อมูลด้วย Remote Sensing นั้น ประเด็นเรื่อง 'การจำแนกประเภทข้อมูล' และการสังเคราะห์ข้อมูลออกมาจากตัวภาพถ่ายฯ ถือว่าเป็น 'แก่นสาร' ของศาสตร์ทางด้านนี้โดยเฉพาะ โดยทำการวิเคราะห์ตรวจสอบว่า ข้อมูลที่ปรากฎอยู๋ในภาพถ่ายฯนั้นคืออะไร และจะสามารถสังเคราะห์ข้อมูลเหล่านั้น ออกมาจากตัวภาพถ่ายฯได้อย่างไร โดยให้มีความสัมพันธ์ และมีความถูกต้องใกล้เคียงมากที่สุด เมื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลสำรวจจากพื้นที่จริง

โดยมี 'กุญแจสำคัญ' ที่ถูกนำมาใช้ในการจำแนกประเภทข้อมูล นั่นคือสเปกตรัม 'เฉดสี' ที่ได้จากการกำหนดช่วงคลื่นที่ระดับต่างๆให้กับตัวภาพถ่ายฯ โดยมีหลักการที่ว่า วัตถุ หรือสิ่งต่างๆ บนพื้นโลกแต่ละชนิด จะมีการดูดกลืนและสะท้อนพลังงานของช่วงคลื่นแตกต่างกันออกไป (การแสดงสี) ทำให้สามารถจะแนกประเภท 'กลุ่มสี' แทนสิ่งที่ปรากฎอยู่ในภาพถ่ายฯ ออกเป็นกลุ่มๆ ได้ อาทิ นาข้าว แม่น้ำลำคลอง หนองบึง ป่าไม้ เป็นต้น

การจำแนกประเภทข้อมูลจากภาพถ่ายฯ (Image Classification):
>> เป็นการตรวจสอบวิเคราะห์ และแบ่งแยกข้อมูล ที่มีคุณสมบัติการดูดกลืนช่วงคลื่น (แสง) เหมือนกัน ให้อยู่ในกลุ่มเดียวกัน (Class) และแบ่งแยกข้อมูล ที่มีคุณสมบัติการดูดกลืนช่วงคลื่น (แสง) ต่างๆกัน ออกเป็นกลุ่มๆ โดยมีวิธีการจำแนกประเภทข้อมูล ออกเป็น 2 วิธีการหลักคือ
1. การจำแนกข้อมูลแบบควบคุม (Supervised Classification): เป็นวิธีการจำแนกข้อมูลที่ต้องอาศัย 'สีของข้อมูลตัวอย่าง' เพื่อนำมาใช้เป็น 'ตัวแทน' ของข้อมูลในภาพถ่ายฯ ที่แสดงสีเหมือนกัน อาทิ การกำหนดให้สีของนาข้าวสีเหลืองอ่อน เป็นตัวแทนของนาข้าวในฤดูเก็บเกี่ยวทั้งหมด หรือการกำหนดให้สีน้ำเงิน เป็นตัวแทนของพื้นผิวที่เป็น 'น้ำ' ทั้งหมด 
* วิธีการจำแนกข้อมูลประเภทนี้ ผู้ทำการวิเคราะห์ต้องทราบ และเข้าใจถึงการเปลี่ยนแปลง 'สีของข้อมูลตัวอย่าง' ผันแปรไปตาม 'ช่วงเวลา' ที่ทำการถ่ายภาพฯ อาทิ ในพื้นที่ทำนาที่แสดงสีของข้อมูลพื้นที่ก่อนทำการปลูกข้าว (สีของดิน) สีของต้นข้าวก่อนออกรวง และสีของต้นข้าวในฤดูเก็บเกี่ยว ซึ่งจะแสดงสีแตกต่างกันไปตามช่วงเวลา

2. การจำแนกประเภทข้อมูลแบบไม่ควบคุม (Unsupervised Classification): เป็นวิธีการจำแนกข้อมูล โดยให้ข้อมูลแสดงเฉดสีได้อย่างอิสระ (อัติโนมัติ) โดยที่ผู้ทำการวิเคราะห์กำหนดจำนวนชั้นข้อมูล เพื่อให้ภาพถ่ายหลังการทำการจำแนกด้วยวิธีดังกล่าว แสดงจำนวนสี ตามที่ได้กำหนด
* วิธีการจำแนกข้อมูลประเภทนี้ เหมาะสำหรับผู้ทำการวิเคราะห์ ที่ไม่คุ้นเคยหรือทราบถึงลักษณะทางกายภาพของพื้นที่ในภาพถ่ายฯมาก่อน

>> วิธีการจำแนกประเภทข้อมูลจากภาพถ่ายฯ ทั้ง 2 ประเภทข้างต้น คือเรื่องหลัก (แก่นสาร) ที่สำคัญมากที่สุด ของกระบวนการสำรวจรับรู้จากระยะไกล (Remote Sensing) ที่ผู้เขียนจะนำเสนอความรู้ดังกล่าวในโอกาสถัดไป