What is Geomorphometry? ธีระ ลาภิศชยางกูล

อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี E-mail : theera.lil@kmutt.ac.th

เมื่อพูดถึงวิชาการส ารวจ (Surveying) จะท าให้เรานึกถึงการส่องกล้องและวัดระยะ เพื่อท าแผนท่ี, วางแนวถนน, วางแนวเสาไฟฟ้า, วางแนวรางรถไฟและการท าระดับ เพื่อหาความสูงของพื้นดินหรือระดับพื้นอาคารท่ีเทคอนกรีต ในอดีตการท างานส ารวจจะท าด้วยมือท้ังการท างานในสนามและการสร้างแผนท่ีเพื่อน าไปใช้ในงานต่างๆ แต่ในปัจจุบัน การท างานส ารวจยังคงต้องส ารวจบนพื้นท่ีท่ีต้องการเช่นเดิมแต่การสร้างแผนท่ีและวางแผนก็จะเป็นการน าคอมพิวเตอร์เข้ามาประยุกต์ใช้ท าให้แผนท่ีจากเดิมในรูปแบบของกรดาษเปลี่ยนเป็นแผนท่ีเชิงเลข (Digital Mapping) ท่ีสามารถแสดงบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ได้ท้ังสองและสามมิติ ท าให้เราไม่เพียงแค่เห็นต าแหน่งของสิ่งต่างๆบนพื้นท่ีเท่านั้น แต่ยังแสดงรายละเอียดและ ความสูงของพื้นผิวภูมิประเทศได้แบบมีมิติในมุมมองท่ีกว้างขึ้นกว่าเดิมซึ่งมีผลต่อการตัดสินใจและวางแผนในการใช้พื้นที่แห่งนั้น ซึ่งความสูงของพื้นผิวภูมิประเทศท่ีเราเขียนขึ้นในแบบสองมิติจะอยู่ในรูปของเส้นชั้นความสูงดังรูปท่ี 1 ท่ีแสดงค่าความสูงไปตามเส้นท่ีลากต่อกันไป ส่วนพื้นผิวภูมิประเทศแบบสามมิติจะเป็นการแสดงให้เห็นรายละเอียดท่ีดีขึ้นท าให้รู้ลักษณะของพื้นผิวภูมิประเทศเสมือนจริงดังรูปท่ี 2 ท่ีสามารถวิเคราะห์และหาความสัมพันธ์ระหว่างพื้นผิวภูมิประเทศแต่ละจุดหรือพื้นผิวภูมิประเทศกับวัตถุได้อย่างถูกต้องซึ่งจะเรียกว่า Digital Elevation Model (DEM) เป็นการสร้างพื้นผิวภูมิประเทศแบบสามมิติเป็นการน าความสูง จากการส ารวจบนภูมิประเทศท่ีอ้างอิงจากระดับน้ าทะเลปานกลาง (Mean Sea Level; MSL) และค่าพิกัดทางราบ (Horizontal Coordinate) มาวาดรูปจากลายเส้นให้เป็นพื้นผิวภูมิประเทศ ท่ีมองได้เห็นเสมือนจริงบนคอมพิวเตอร์เมื่อได้ความสูงของพื้นผิวแล้วจะพบว่าในภูมิประเทศ ท่ีต้องการจะมีรายละเอียดต่างๆ เช่น ต้นไม้, อาคาร, แม่น้ า, ประชากร, สภาพอากาศ เป็นต้น สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นข้อมูลบนภูมิประเทศท่ีต้องใช้ความรู้ในหลายๆสาขาวิชาเพื่อน ามาประกอบกันเป็นข้อมูลพื้นฐานส าหรับใช้ในการวิเคราะห์และวางแผนเพิ่มเติมจากการส ารวจเบ้ืองต้น สิ่งเหล่านี้จึงท าให้การสร้างพื้นผิวภูมิประเทศจากเดิมท่ีเห็นแต่ลักษณะความสูงต่ าของพื้นดินเพียงอย่างเดียวในปัจจุบันสามารถต่อยอดจึงถึงน าไปใช้ในงานขั้นสูงได้จึงถูกเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Geomorphometry เป็นวิทยาศาสตร์ของการวิเคราะห์เชิงพื้นผิวภูมิประเทศ [3] ซึ่งค าค านี้

เป็นค าใหม่ในการวิเคราะห์ น าเสนอและสร้างแผนท่ีพื้นผิวภูมิประเทศด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ ท่ีรวมการค านวณทางคณิตศาสตร์ (Mathematics), วิชาวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลก (Earth Sciences) และวิชาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ (Computer Science) เข้าด้วยกันดังรูปท่ี 3 ซึ่งเป็นการรวมศาสตร์ต่างๆท่ีเกี่ยวข้องกับพื้นผิวภูมิประเทศเข้าด้วยกันจากการก าหนดรูปแบบ, พารามิเตอร์และคุณสมบัติเพื่อท าการวิเคราะห์เชิงพื้นท่ีซึ่งท าให้ผลท่ีได้จากการท างานน าไปใช้ในงานต่างๆเช่น สิ่งแวดล้อม, โยธา, วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลก, ทหาร,การส ารวจพื้นทะเลและงานท่ัวไป ได้อย่างถูกต้องและชัดเจนจากภาพท่ีปรากฏบนคอมพิวเตอร์

รูปที่ 1 แสดงสั้นความสูง[1]

รูปที่ 2 แสดงระดบัพื้นผิวภูมิประเทศ (Digital Elevation Model :DEM) [2]

รูปที่ 3 องค์ประกอบของ Geomorphometry [3]

ในงานของ Geomorphometry ผู้ท่ีท างานจึงต้องประกอบไปด้วยผู้ท่ีมีความรู้ในงานด้านส ารวจและผู้ ท่ีมีความรู้ในงานด้านอื่นๆท่ีต้องการน าลักษณะของพื้นผิวภูมิประเทศไปใช้ประโยชน์เพราะถ้าเป็นงานส ารวจเพียงอย่างเดียวก็จะได้ลักษณะของพื้นผิวภูมิประเทศในแบบสองและสามมิติออกมาท าให้ทราบเฉพาะแต่ความสูงท่ีน าไปใช้งานเฉพาะท่ีเกี่ยวข้องกับพื้นผิวภูมิประเทศเท่านั้น แต่เมื่อน ามาผนวกกับข้อมูลอื่นๆในพื้นท่ีแห่งนั้นจะท าให้ทราบถึงประโยชน์ของพื้นท่ีเพื่องานในด้านต่างๆเช่น ถ้าเพิ่มข้อมูลของอาคารบ้านเรือน, จ านวนประชากร, อายุและอาชีพของประชากร, ลักษณะของชั้นดินและต้นไม้ เป็นต้น จากข้อมูลท่ีกล่าวมาท าให้เราสามารถน าไปวางแผนการจัดพื้นท่ีเมือง, กลุ่มประชากร, ประเภทของพืชท่ีเหมาะสม, ลักษณะของอาคารท่ีเหมาะสมในการปลูกสร้างและทิศทางของน้ าท่ีผ่านพื้นท่ี เป็นต้น จากการผนวกข้อมูลเพิ่มจากการส ารวจ ดังนั้นในงานการวิเคราะห์เชิงพื้นผิวภูมิประเทศจะประสบผลส าเร็จได้จึงต้องประกอบไปด้วยองค์ประกอบหลักๆ 3 ประกอบคือ

1. ข้อมูล ท่ีกล่าวถึงนี้จะเป็นข้อมูลต่างๆของพื้นผิวภูมิประเทศท่ีท าการส ารวจคือจุดต่างๆที่มีค่าพิกัดทางราบและความสูงท่ีน ามาสร้างพื้นผิวภูมิประเทศ และข้อมูลอื่นๆบนพื้นภูมิประเทศท่ีจะน ามาใช้ในการสร้างและวิเคราะห์พื้นท่ีแห่งนั้นส าหรับ

น าไปใช้ในงานเฉพาะด้าน ซึ่งข้อมูลในส่วนนี้จะมาจากการส ารวจ ซึ่งมีอยู่ด้วยกัน 3 แบบ[4]จากลักษณะของเคร่ืองมือท่ีใช้ในการส ารวจคือ

a. ข้อมูลจากการส ารวจในสนาม ข้อมูลจากการส ารวจในสนามเป็นวิธีการหนึ่งในการได้มาซึ่งข้อมูลของพื้นภูมิประเทศบริเวณนั้นโดยตรงในสนามท่ี ท าการรังวัด โดยการใช้เครื่องในการจัดเก็บข้อมูลแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ

- ข้อมูลจากการส ารวจด้วยกล้องธีโอโดไลท์และกล้องระดับ - ข้อมูลจากการส ารวจด้วยเครื่องหาพิกัดด้วยดาวเทียมจีพีเอส

b. ข้อมูลจากการส ารวจด้วยภาพถ่ายทางอากาศหรือภาพถ่ายดาวเทียม c. ข้อมูลจากการดิจิไทล์แผนท่ี เป็นการน าข้อมูลบนกระดาษหรือในรูปของ

ข้อมูลท่ีถูกสแกนท่ีเรียกว่า ข้อมูลแบบแรสเตอร์บนคอมพิวเตอร์เช่น เส้นชั้นความสูง ขอบเขตท่ีดินฯ ไปเป็นข้อมูลเวกเตอร์บนคอมพิวเตอร์เพื่อน าข้อมูลดังกล่าวไปใช้ในการสร้างแบบจ าลองด้วยการซ้อนทับกับข้อมูลทาง ภูมิประเทศอื่นๆ ในการแปลงข้อมูลของแผนท่ีในรูปแรสเตอร์หรือ บนกระดาษไปเป็นข้อมูลเวกตอร์สามารถท าๆได้ 2 วิธี คือ - การใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ - การใช้เครื่องร่างแผนท่ี (Map Digitizer)

รูปที่ 4 เคร่ืองร่างแผนที่ [5]

2. คุณสมบัติของภาพเชิงเลข เป็นลักษณะของภาพท่ีต้องการแสดงผลบนจอคอมพิวเตอร์ซึ่งโดยปรกติจะเป็นภาพแบบราสเตอร์ดังรูปท่ี 5 ท่ีเกิดจากลักษณะของจุดภาพ (Pixel) ท่ีมีลักษณะสี่เหลี่ยมจัตุรัสท่ีต่อเนื่องกันและมีค่าความสว่างบนจุดภาพแต่ ละจุดไม่ เ ท่ ากัน ท่ี เกิ ดจ ากการสะ ท้อนของแสงจากวั ตถุ มา ท่ี เครื่องบันทึกภาพ

X 0,0

Y Pixel

รูปที่ 5 แสดงแกนบนภาพและต าแหน่งจุดเร่ิมบนภาพถ่ายเชิงเลข [6]

หรืออาจจะอยู่ในข้อมูลแบบเวกเตอร์ท่ีประกอบด้วยจุด เส้นและพื้นท่ี ท่ีแสดง

รายละเอียดของข้อมูลบนภาพซึ่งการก าหนดต าแหน่งบนภาพเวกเตอร์ใช้ค่าพิกัดทาง

แกน x, y จากจุดท่ีอ้างอิงส าหรับก าหนดข้อมูลรายละเอียดต่างๆ ดังรูปท่ี 6

รูปที่ 6 แสดงแกนและการบอกต าแหน่งของข้อมูลแบบเวกเตอร์ [7]

3. วิธีการวิเคราะห์ เป็นกระบวนการวิเคราะห์ข้อมูลคือค่าความสว่างจากภาพราสเตอร์เพื่อท าการแปลผลให้อยู่ในรูปแบบท่ีต้องการเช่น ความสูง, ความชัน, ประเภทของสิ่งปกคลุมพื้นดิน เป็นต้น ซึ่งจะหาความสัมพันธ์ระหว่างจุดภาพจากค่าความสว่างท่ีอยู่ใกล้เคียงกันในการแปลผล ซึ่งอาจจะต้องใช้เทคนิคการจ าแนกภาพ (Image

Classification) [8]และเทคนิคการกรองภาพ (Filtering Image) [8] เพื่อให้ได้แบบจ าลองท่ีมีความสมบูรณ์สามารถน าไปใช้ได้อย่างถูกต้อง

จากลักษณะของงาน Geomorphometry จะเห็นได้ว่าเป็นการรวมวิธีการหลายๆแบบของงานส ารวจ, งานส ารวจด้วยภาพเชิงเลขจากภาพถ่ายทางอากาศและภาพดาวเทียมเข้าด้วยกัน เพื่อน ามาสร้างแบบจ าลองพื้นผิวภูมิประเทศในแบบสามมิติ ท่ีสามารถแสดงผลและ วิเคราะห์เชิงพื้นท่ีได้อย่างถูกต้อง ซึ่งในอนาคตอันใกล้นี้งานของ Geomorphometry ก็จะเริ่ม

แพร่หลายขึ้นจากความสามรถของเทคโนโลยีและเครื่ องมือท่ีมีความทันสมัยยิ่ งขึ้น ท าให้การท างานด้านส ารวจท่ีมีความยากล าบากในอดีตสามารถท าได้ง่าย, รวดเร็วและ มีความถูกต้องในการน าไปใช้ในงานต่างๆได้ตรงตามความต้องการของหน่วยงานและองค์กรต่างๆ บรรณานุกรม

1. ยรรยง ทรัพย์สุขอ านวย, 2537, วิชาการส ารวจ, 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, “เทคนิคการแปลงข้อมูลภาพระหว่างเวกเตอร์กับแรสเตอร์ในงานแผนท่ี”, 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, “เทคนิคการจ าแนกรายละเอียดภาพถ่ายดาวเทียมในงานส ารวจระยะไกล”, วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, มหาวิทยาลัยมหาสารคาม, 25(3), กรกฎาคม-กันยายน: 66-76

9. ธีระ ลาภิศชยางกูล, 2550, “เทคนิคการกรองภาพส าหรับงานส ารวจระยะไกล”, วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, มหาวิทยาลัยมหาสารคาม, 26(3),: กรกฎาคม-กันยายน : 302-31