การสำรวจระยะไกล (Remote Sensing)

"Remote Sensing" เป็นวิทยาศาสตร์และศิลปะการได้มาซึ่งข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุ พื้นที่ หรือปรากฏการณ์จากเครื่องมือบันทึกข้อมูล (Sensor) โดยปราศจากการเข้าไปสัมผัสวัตถุเป้าหมายทั้งนี้อาศัยคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Energy) เป็นสื่อ2ในภาษาไทย Remote Sensing มีหลายคำที่ใช้กันอยู่ ได้แก่ "การสำรวจข้อมูลจากระยะไกล" "การสำรวจข้อมูลด้วยดาวเทียม" "การรับรู้จากระยะไกล" "โทรสัมผัส" และ "โทรนิทัศน์" เป็นต้น โดยคำที่ใช้กันอย่างกว้างขวางและเป็นทางการ คือ "การสำรวจข้อมูลจากระยะไกล"
ความเป็นมาของการสำรวจทรัพยากรด้วยดาวเทียมในประเทศไทย
                ประเทศไทยได้เข้าร่วมโครงการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติด้วยดาวเทียม ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐอเมริกา(NASA) ตามมติคณะรัฐมนตรีเมื่อเดือนกันยายน 2514 ให้แต่งตั้งคณะกรรมการแห่งชาติว่าด้วย การประสานงานการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติด้วยดาวเทียมและหอปฏิบัติการลอยฟ้า ซึ่งประกอบด้วยกรรมการจากหน่วยงานราชการต่างที่เกี่ยวข้อง มีหน้าที่ในการกำหนดนโยบาย วางแผน ประสานงาน เกี่ยวกับการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติด้วยดาวเทียมของประเทศไทยตลอดจนส่งเสริมสนับสนุนอุปกรณ์ และการฝึกอบรมเพื่อเสริมสร้างบุคลากร ในด้านการจัดการทรัพยากรต่างๆ โดยได้แต่งตั้งคณะอนุกรรมการต่างๆ อาทิ คณะอนุกรรมการวางแผนและติดตามผล คณะอนุกรรมการการเกษตร ป่าไม้และ การใช้ที่ดิน คณะอนุกรรมการธรณีวิทยา อุทกวิทยา สมุทรศาสตร์และสิ่งแวดล้อม คณะอนุกรรมการประสานงานการจัดตั้งสถานีรับสัญญาณจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากร และคณะอนุกรรมการวิเคราะห์ข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์ เพื่อปฎิบัติงานและประสานงานการนำข้อมูลจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากรไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ เพื่อเป็นข้อมูลพื้นฐานในการพัฒนาประเทศอย่างกว้างขวาง และเป็นผลดียิ่ง เช่น ป่าไม้ การใช้ที่ดิน การเกษตร ธรณีวิทยา อุทกวิทยา สมุทรศาสตร์ และสิ่งแวดล้อม

องค์ประกอบของระบบ RS
การตรวจวัดจากระยะไกลออกได้เป็น 3 ส่วนหลัก คือ

                  1.  แหล่งข้อมูลของการตรวจวัด (Sources) :ในที่นี้คือ พื้นผิวและบรรยากาศของโลก

                  2.  อุปกรณ์การตรวจวัดจากระยะไกล (Remote Sensor) : ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อ

                  3.  ระบบการประมวลผลข้อมูล (Data Processing System) : ใช้ผู้ปฏิบัติการและระบบคอมพิวเตอร์
เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกล มีองค์ประกอบที่จะต้องพิจารณาคือ
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation)
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นรูปแบบหนึ่งการถ่ายเทพลังงาน จากแหล่งที่มีพลังงานสูงแผ่รังสีออกไปรอบๆ โดยมีคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ ความยาวคลื่น (l) โดยอาจวัดเป็น nanometer (nm) หรือ micrometer (mm) และ ความถี่คลื่น (f) ซึ่งจะวัดเป็น hertz (Hz) โดยคุณสมบัติทั้งสองมีความสัมพันธ์ผ่านค่าความเร็วแสง ในรูป c = fl

พลังงานของคลื่น พิจารณาเป็นความเข้มของกำลังงาน หรือฟลักซ์ของการแผ่รังสี (มีหน่วยเป็น พลังงานต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ = Joule s-1 m-2 = watt m-2) ซึ่งอาจวัดจากความเข้มที่เปล่งออกมา (radiance) หรือความเข้มที่ตกกระทบ (irradiance)


จากภาพเป็นการแสดงช่วงความยาวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเครื่องมือวัด (Sensor) ของดาวเทียมหรืออุปกรณ์ตรวจวัดจะออกแบบมาให้เหมาะสมกับช่วงความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นต่างกัน 

เครื่องมือตรวจวัด (Sensor)
เครื่องมือวัดในเทคโนโลยีรีโมทเซนชิง คือเครื่องมือที่วัดพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องมือซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีคือกล้องถ่ายรูป กล้องถ่ายวีดีโอ และเรดาร์ โดยเครื่องมือวัดจะประกอบด้วยส่วนสำคัญสามส่วนคือ 

ส่วนรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (receiver) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่รับ และขยายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้มีความเข้มเพียงพอที่จะทำให้อุปกรณ์วัดสามารถรับรู้ได้ ตัวอย่างของส่วนเครื่องมือนี้คือ เลนส์ของกล้อง และส่วนรับคลื่นวิทยุ (antenna) ซึ่งอาจเป็นเส้นเหมือนเสาวิทยุ หรือเป็นจานกลม (แบบจานรับสัญญาณดาวเทียม) ทั้งนี้รูปแบบ ขนาด และวัสดุที่ใช้ของอุปกรณ์ส่วนนี้จะขึ้นอยู่กับช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต้องการตรวจวัด และรายละเอียดของข้อมูลของสิ่งที่ต้องการสำรวจ เช่นในช่วงคลื่นแสง ส่วนที่รับมักจะเป็นเลนส์ที่ทำจากผลึก quartz โดยมีขนาดและรูปทรงขึ้นอยู่กับว่าต้องการกำลังขยายภาพเท่าใด ในช่วงคลื่นวิทยุ ส่วนที่รับมักจะเป็นจานวิทยุ หรือเสาวิทยุ โดยมีขนาดใหญ่หรือเล็กขึ้นอยู่กับว่าสิ่งที่เล็กที่สุดที่ต้องการให้มองเห็นมีขนาดเท่าใด 

ส่วนที่ทำการวัดพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Detector)
 เป็นส่วนที่แปลงพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต้องการวัด ให้อยู่ในรูปแบบที่เครื่องมือวัดจะเปรียบเทียบค่าได้ ซึ่งการวัดพลังงานอาจใช้

• ปฏิกิริยาเคมี โดยการเคลือบสารที่ทำปฏิกิริยากับแสง (เช่น silver nitrate) ลงบนแผ่นฟิล์ม ซึ่งขนาดของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดกับสารที่เคลือบจะแปรผันตามความเข้มของแสงที่ตกกระทบ
• การเปลี่ยนพลังงานเป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยใช้อุปกรณ์ประเภทสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) ซึ่งจะให้ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าแปรผันตามความเข้มแสงที่ตกกระทบ
• นอกจากนั้นส่วน detector อาจเป็นแผ่นมีมิติกว้าง-ยาว เช่นแผ่นฟิล์ม ซึ่งสามารถบันทึกภาพได้ทั้งภาพในครั้งเดียว หรืออาจเป็น scanner ซึ่งมักจะประกอบขึ้นจากแถวของอุปกรณ์รับแสง ที่จะบันทึกภาพด้วยการกวาดอุปกรณ์รับแสงนี้ไปที่ละส่วนของภาพ (คล้ายกับการทำงานของเครื่องถ่ายเอกสาร ที่จะค่อยๆ กวาดภาพจากหัวกระดาษไปยังท้ายกระดาษจึงจะได้ภาพทั้งภาพ)

ส่วนที่ทำการบันทึกค่าพลังงานที่วัดได้ (Recorder)
 อาจเป็นตัวแผ่นฟิล์มเองในกรณีการใช้แผ่นฟิล์มเป็นส่วนทำการวัดพลังงาน แต่ถ้าเป็นการวัดโดยแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าส่วนนี้อาจจะเป็นแถบแม่เหล็ก (เช่นเดียวกับที่ใช้ในกล้องถ่ายวีดีโอ) หรืออาจใช้หน่วยเก็บความจำอื่น เช่นฮาร์ดดิสก์ หรือ RAM เช่นเดียวกับที่ใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์
 ในส่วนของเครื่องมือวัดยังมีส่วนที่จะต้องพิจารณาอีกส่วนหนึ่งคือแหล่งกำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการสำรวจ โดยจำแนกได้เป็นสองกลุ่มคือ

• Active sensor เป็นระบบที่เครื่องมือวัดเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเองด้วย ในระบบรีโมทเซนซิงที่วัดจากระยะไกลมาก คลื่นกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้จะจำกัดอยู่ในช่วงคลื่นวิทยุเท่านั้น เนื่องจากปัญหาของแหล่งพลังงาน
• Passive sensor เป็นระบบที่อาศัยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดอื่น เช่นใช้แสงจากดวงอาทิตย์ หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สิ่งที่ต้องการสำรวจแผ่รังสีออกมาเอง (มักจะเป็นช่วงอินฟราเรดความร้อน) ในกรณีที่ใช้แสงจากดวงอาทิตย์ เครื่องมือวัดจะทำงานได้เฉพาะในเวลากลางวันเท่านั้น นอกจากการศึกษารูปแบบของเมฆในทางอุตุนิยมวิทยา การตรวจวัดยังต้องการท้องฟ้าที่ปลอดโปร่ง ไม่มีเมฆ หรือฝนในช่วงที่ทำการตรวจวัดด้วย

ยานสำรวจ (Platform)
 เพื่อให้เครื่องมือวัดอยู่ห่างจากสิ่งที่ต้องการสำรวจ จึงมักติดตั้งเครื่องมือวัดไว้ในที่สูง ซึ่งอาจเป็นการติดตั้งเครื่องมือไว้บนเสาสูง ยอดตึก หรือบนภูเขา ซึ่งการติดตั้งในลักษณะนี้จะมีข้อดีคือสามารถตรวจวัดเฝ้าระวังสิ่งที่สนใจได้อย่างต่อเนื่อง แต่มีข้อจำกัดที่การตรวจวัดจะมีขอบเขตพื้นที่คงที่ตามตำแหน่งที่ติดตั้งเครื่องมือวัดเท่านั้น การติดตั้งเครื่องมือสำรวจด้วยเทคโนโลยีรีโมทเซนซิงมักติดตั้งบนพาหนะที่ลอยได้ ซึ่งอาจเป็นบอลลูน เครื่องบินบังคับ เครื่องบินขนาดเล็ก เครื่องบินที่มีพิสัยการบินสูง ยานอวกาศ หรือดาวเทียม
นอกจากดาวเทียมแล้ว ยานสำรวจที่เหลือจะเป็นการบินสำรวจตามภารกิจที่ต้องมีการกำหนดเส้นทางบิน และระดับความสูงการบินเฉพาะ ช่วงเวลาในการสำรวจจะจำกัดตามความจุเชื้อเพลิงของยานพาหนะที่เลือกใช้ ดังนั้นช่วงเวลา และพื้นที่สำรวจมักครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งตามที่กำหนดโดยภารกิจการสำรวจเท่านั้น

การสำรวจด้วยรีโมทเซนชิงมีการใช้วงโคจรของดาวเทียม 2 ลักษณะสำคัญคือ

วงโคจรแบบค้างฟ้า (geostationary orbit)

 ดาวเทียมจะปรากฏเหมือนอยู่นิ่งเมื่อสัมพัทธ์กับตำแหน่งบนพื้นโลก ดาวเทียมโคจรในทิศเดียวกับการหมุนรอบตัวเองของโลก มีระนาบการโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร และมีความสูงประมาณ 36,000 กิโลเมตร ตำแหน่งของดาวเทียมสัมพัทธ์กับตำแหน่งบนพื้นโลกจะเสมือนว่าดาวเทียมอยู่นิ่งค้างอยู่บนฟ้าตลอดเวลา จึงเรียกดาวเทียมที่มีลักษณะวงโคจรเช่นนี้ว่า ดาวเทียมค้างฟ้า (Geostationary satellite)ดาวเทียมด้านอุตุนิยมวิทยาที่ใช้ศึกษา และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศโดยดูจากรูปทรงและการเคลื่อนตัวของเมฆ จะใช้วงโคจรลักษณะนี้ ตัวอย่างเช่น ดาวเทียม GMS ของประเทศญี่ปุ่น นอกจากนั้นดาวเทียมสื่อสารจำนวนมาก เช่น ดาวเทียมปาลาป้า ดาวเทียมของ StarTV รวมทั้ง ดาวเทียมไทยคม ของบริษัทชินวัตร ก็ใช้วงโคจรแบบ geostationary เช่นกัน  
     
     วงโคจรแบบใกล้แกนหมุนของโลก (Near polar orbit)

 ระนาบของวงโคจรของดาวเทียมจะอยู่ในทิศใกล้เคียงกับแนวแกนหมุนของโลก โดยดาวเทียมอาจอยู่ที่ระดับความสูงใดก็ได้ที่ความเสียดทานของบรรยากาศมีน้อยจนไม่สามารถทำให้ความเร็วของดาวเทียมลดลงดาวเทียมสำรวจส่วนมากจะมีวงโคจรในลักษณะนี้ โดยจะมีการกำหนดระดับความสูง และมุมของระนาบวงโคจรเทียบกับแนวเส้นศูนย์สูตร ที่เหมาะสม (โดยมากจะมีความสูงประมาณ 700-1000 กิโลเมตร และมีมุมเอียงประมาณ 95 - 100 องศา จากระนาบศูนย์สูตร) ตัวอย่างเช่น ดาวเทียม Landsat (สหรัฐอเมริกา) SPOT (ฝรั่งเศส) ADEOS (ญี่ปุ่น) INSAT (อินเดีย) RADARSAT (แคนาดา)ดาวเทียมเพื่อการสื่อสาร เช่น ดาวเทียมอีริเดียม ใช้วงโคจรในลักษณะนี้ แต่จะมีระนาบวงโคจรที่เอียงออกจากแนวแกนหมุนของโลกมากกว่านี้ 

คุณลักษณะข้อมูลดาวเทียม

พิเศษแตกต่างจากกล้องถ่ายภาพธรรมดาคือ

1. ข้อมูลอยู่ในลักษณะตัวเลข (Digital Data) ที่มีความละเอียดของค่าการสะท้อนช่วงคลื่นแสง เป็นระดับความเข้มสีเทา (Gray Level) จำนวน 256 ระดับซึ่งสามารถนำข้อมูลที่มีปริมาณมาก เหล่านี้ไปผลิตเป็นภาพขาวดำและภาพสีผสม ตลอดจนนำมาวิเคราะห์ด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ ทำให้มีความถูกต้องยิ่งขึ้น

2. ข้อมูลที่บันทึกสามารถส่งมายังสถานีรับภาคพื้นดินได้ทันที

3. สามารถบันทึกข้อมูลในช่วงคลื่นที่กล้องธรรมดาบันทึกไม่ได้ ตลอดจนข้อมูลที่ได้รับรายละเอียดภาพ (Spatial Resolution)

4. การบันทึกข้อมูลเป็นบริเวณกว้าง (Synopic View) ภาพจากดาวเทียมภาพหนึ่งๆ ครอบคลุมพื้นที่กว้างทำให้ได้ข้อมูลในลักษณะต่อเนื่องในระยะเวลาบันทึกภาพสั้นๆ สามารถ

ศึกษาสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ในบริเวณกว้างขวางต่อเนื่องในเวลาเดียวกันทั้งภาพ เช่น ภาพจากLANDSAT MSS และ TM หนึ่งภาพคลุมพื้นที่ 185 X 185 ตร.กม. หรือ 34,225 ตร.กม. ภาพจาก SPOT คลุม พื้นที่ 3,600 ตร.กม. และ MOS คลุมพื้นที่ 10,000 ตร.กม.

5. การบันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่น ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรมีระบบกล้องScanner ที่บันทึกภาพได้หลายช่วงคลื่นในบริเวณเดียวกัน ทั้งในช่วงคลื่นที่สายตามองเห็นและช่วงคลื่นนอกเหนือสายตามนุษย์ ทำให้แยกวัตถุต่างๆ บนพื้นผิวโลกได้อย่างชัดเจน เช่น ระบบ MSS และMESSR มี 4 ช่วงคลื่น ระบบ TM มี 7 ช่วงคลื่น ระบบ HRV ขาวดำและสี มี 1 และ 3ช่วงคลื่นตามลำดับ

6. การบันทึกภาพบริเวณเดิม (Repetitive Coverage) ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรมี วงโคจรจากเหนือลงใต้ และกลับมายังจุดเดิมในเวลาท้องถิ่นอย่างสม่ำเสมอและใน

ช่วงเวลาที่แน่นอน กล่าว คือ LANDSAT ทุกๆ 16 วัน MOS ทุกๆ 17 วัน และ SPOT ทุกๆ26 วัน ทำให้ได้ข้อมูลบริเวณเดียวกันหลายๆ ช่วงเวลาที่ทันสมัยสามารถเปรียบเทียบและติดตามการ

เปลี่ยนแปลงต่างๆ บนพื้นผิวโลกได้เป็นอย่างดี และมีโอกาสที่จะได้ข้อมูลไม่มีเมฆปกคลุม

7. การให้รายละเอียดหลายระดับ ภาพจากดาวเทียมให้รายละเอียดหลายระดับ มีผลดีในการเลือกนำไปใช้ประโยชน์ในการศึกษาด้านต่างๆ ตามวัตถุประสงค์ เช่น ภาพขาว-ดำดาวเทียม SPOT รายละเอียด 10 เมตร สามารถศึกษาตัวเมือง เส้นทางคมนาคมระดับหมู่บ้าน25ภาพสี รายละเอียด 20 เมตร ศึกษาการบุกรุกพื้นที่ป่าไม้เฉพาะจุดเล็กๆ และแหล่งน้ำขนาดเล็กภาพระบบ TM รายละเอียด 30 เมตร ศึกษาสภาพการใช้ที่ดินระดับ จังหวัด

8. การให้ภาพสีผสม (False Color Composite) ภาพจากดาวเทียมขาว-ดำหนึ่งภาพในหลายช่วงคลื่นสามารถนำมาซ้อนทับกันได้ครั้งละ 3 แบนด์ โดยทำให้แต่ละแบนด์ที่เป็นสี

ขาว-ดำกลายเป็นสีบวก (Additive Primary Color) 3 สีหลัก คือ สีน้ำเงิน (Blue) สีเขียว(Green) และสีแดง (Red) ซึ่งคือช่วงคลื่นตามองเห็น เมื่อนำมาซ้อนทับกันทำให้ได้ภาพสีผสมปรากฏสีต่างๆ ซึ่งเป็นไปตามทฤษฎีสี คือการซ้อนทับของแม่สีบวกแต่ละคู่จะให้แม่สีลบ (Subtractive

Primary Color) คือ สีเหลือง (Yellow) สีม่วงแดง (Magenta) และสี ฟ้า (Cyan) ดังนี้ สีแดง (R) + สีเขียว (G) = สีเหลือง (Y) สีแดง (R) + สีน้ำเงิน(B) = สีม่วงแดง (M) สีน้ำเงิน(B) + สีเขียว (G) = สี ฟ้า (C) สีน้ำเงิน (B) + สีเขียว (G) + สีแดง (R) = สีขาว (W) สีเหลือง (Y) + สีม่วงแดง (M) + สี ฟ้า (C) = สีดำ
http://slideplayer.in.th/slide/2056986/

การประยุกต์ใช้ข้อมูลดาวเทียมในประเทศไทย

นับตั้งแต่ประเทศไทยได้ก่อตั้งโครงการสำรวจข้อมูลทรัพยากรด้วยดาวเทียมในปี2514 หน่วยงานต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง ได้นำเอาเทคโนโลยีด้านนี้ไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง โดยในระยะเริ่มแรกเป็นการใช้ข้อมูล ในลักษณะภาพพิมพ์ หรือฟิล์ม เพื่อการแปลตีความด้วยสายตาเป็นหลัก ต่อมาก็ได้มีการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ เพื่อทำการวิเคราะห์ข้อมูลจากเทปคอมพิวเตอร์ โดยเริ่มจากระบบ Main frame และพัฒนามาสู่ Mini จนถึง Workstation และ PC โดยในปัจจุบันหน่วยงานต่างๆ จะมีระบบวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อใช้งานด้าน Remote Sensing โดยเฉพาะ WS28และ PC เป็นของตนเองทำให้การปฎิบัติงานเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น กรมป่าไม้ กรมพัฒนาที่ดิน กรมวิชาการเกษตร สำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร กรมส่งเสริมการเกษตร กรมชลประทาน กรมทรัพยากรธรณี กรมแผนที่ทหาร กรมประมง และมหาวิทยาลัยต่าง ๆ เป็นต้นโดยทั่วไปแล้วได้มีการนำเอาข้อมูลจากดาวเทียม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นข้อมูลจากดาวเทียมLANDSAT และ SPOT ไปใช้ประโยชน์ในสาขาต่างๆ
 

แหล่งอ้างอิง

http://kmcenter.rid.go.th/kmc14/gis_km14/gis_km14(17).pdf

http://www.gisthai.org/about-gis/resolution.html

http://www.social.nu.ac.th/th/paper/E-Learning/gistdaRS/RS/c5_05.html