การใช้โปรแกรมภูมิสารสนเทศในการสร้างแบบจำลองความสูงสามมิติของภูมิประเทศ

อ่าน 18,479 ครั้ง

การใช้โปรแกรมภูมิสารสนเทศในการสร้างแบบจำลองความสูงสามมิติของภูมิประเทศ

1.   บทนำ

ในช่วงทศวรรษปัจจุบัน (2550-2560)  ประเทศไทยได้ประสบกับภัยพิบัติจากธรรมชาติหลายครั้ง ดังเช่นปลายปี 2554 เกิดน้ำท่วมครั้งใหญ่ ซึ่งอาจจะนับได้ว่าเป็นครั้งที่เลวร้ายที่สุดของประเทศ ประชาชนมีความวิตกกังวลว่าบ้านเรือนของตนเองจะถูกน้ำท่วมหรือไม่ น้ำจะท่วมสูงเท่าไร สิ่งเหล่านี้หากเรามีความเข้าใจอย่างถูกต้องเกี่ยวข้องกับความสูง ก็จะสามารถวางแนวทางป้องกันได้อย่างถูกต้อง  โดยเฉพาะอย่างยิ่งหน่วยงานภาครัฐ หากสามารถเข้าใจในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ ที่เปรียบเสมือนเครื่องมือช่วยในการวิเคราะห์ประมวลผลจากข้อมูลที่ได้นำเข้าและจัดเตรียมไว้อย่างเป็นระบบ เป็นกระบวนการทำงานเกี่ยวกับข้อมูลเชิงพื้นที่ (spatial data) ด้วยระบบคอมพิวเตอร์โดยการกำหนดข้อมูลเชิงบรรยายหรือข้อมูลคุณลักษณะ (attribute data) และสารสนเทศ เช่น ที่อยู่ บ้านเลขที่ หรือความสูงของภูมิประเทศ ที่มีความสัมพันธ์กับตำแหน่งในเชิงพื้นที่ (spatial data) เช่น ตำแหน่งบ้าน ถนน แม่น้ำ หรือตำแหน่งในภูมิประเทศ เป็นต้น ในรูปแบบของ ตารางข้อมูลหรือฐานข้อมูล รายละเอียดจะได้อธิบายในเอกสารองค์ความรู้ของการใช้โปรแกรมสารสนเทศในการสร้างแบบจำลองความสูงสามมิติของภูมิประเทศ

ความสูงต่ำของภูมิประเทศมีบทบาทสำคัญเป็นพื้นฐานของศาสตร์แขนงอื่นๆ เช่น สัณฐานวิทยา,อุทกวิทยา, ชลและกระบวนการทางนิเวศวิทยาต่าง ๆ ที่เกิดอยู่บนผิวโลก ความสัมพันธ์ของศาสตร์เหล่านี้มักจะทำให้เกิดความเข้าใจในการศึกษาธรรมชาติ ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลก (Hutchinson and Gallant, 2000)  โปรแกรมประยุกต์ที่นำมาใช้ศึกษาวิจัยมักจะต้องพึ่งพาแบบจำลองความสูง (Digital Elevation Model: DEM) สำหรับใช้เป็นตัวแทนพื้นผิวต่อเนื่องที่ซับซ้อน เพื่อการวิเคราะห์ภูมิประเทศ เทคนิคต่างๆ ที่นำมาใช้แสดงจะขึ้นอยู่กับลักษณะโครงสร้างของแต่ละพื้นที่ วิธีการโดยละเอียดในการสร้างแบบจำลองความสูงสามมิติของภูมิประเทศสามารถสืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมได้จาก Hengl and Reuter (2009), Li et al. (2005), Wilson and Gallant (2000), และ Zhou et al. (2008)

ในเอกสารฉบับนี้มุ่งเน้นในการนำเสนอตั้งแต่หลักการพื้นฐานไปจนถึงเทคโนโลยีและวิธีการในการสร้างแบบจำลองพื้นผิวภูมิประเทศ โดยใช้เครื่องมือ เช่น โปรแกรมประยุกต์ระบบภูมิสารสนเทศ ทั้งแบบใช้งานเชิงพาณิชย์ และแบบรหัสเปิดที่ใช้งานได้โดยไม่เสียค่าใช้จ่าย เพื่อให้ผู้อ่านเห็นภาพรวมตั้งแต่คุณลักษณะของข้อมูล การสำรวจ การนำเข้า ไปจนถึงการวิเคราะห์สร้างแบบจำลองที่เหมาะสมตามหลักวิชาการ ตามลำดับ

ในหัวข้อต่อๆไปจะมีโครงสร้างในการนำเสนอ ดังนี้ ข้อที่ 2 อธิบาย ความหมาย องค์ประกอบ ของระบบภูมิสารสนเทศที่เกี่ยวข้องกับการสร้างแบบจำลองสามมิติ ข้อที่ 3 ให้ความรู้เกี่ยวกับกระบวนการสร้างแบบจำลองพื้นผิวสามมิติโดยอาศัยความสามารถของระบบภูมิสารสนเทศ ข้อที่ 4 กล่าวถึงโครงสร้างและรูปแบบข้อมูลที่นำมาใช้ ข้อที่ 5 อธิบายหลักการแสดงผลเป็นตัวแทนภูมิประเทศจริงของแบบจำลองความสูงในแบบต่าง ๆ ข้อที่ 6 แสดงรายละเอียดข้อมูลที่ได้ทำการสำรวจ (ข้อมูลความสูง) ซึ่งจะนำมาใช้แสดงวิธีการสร้างแบบจำลองสามมิติ ข้อที่ 7 – 9 แสดงขั้นตอนการใช้งานโปรแกรมประยุกต์ ArcGIS และ QuantumGIS ในการสร้างแบบจำลองสามมิติ จากนั้น ผลสรุปและข้อเสนอแนะของการใช้ระบบภูมิสารสนเทศในการสร้างแบบจำลองความสูงภูมิประเทศจะอธิบายไว้ในข้อที่ 10

2.   ความหมาย องค์ประกอบ ของระบบภูมิสารสนเทศในการสร้างแบบจำลองสามมิติของภูมิประเทศ

ระบบภูมิสารสนเทศศาสตร์ (สุเพชร, 2551) เป็นศาสตร์และศิลป์ที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลเชิงพื้นที่ที่มีตำแหน่งอ้างอิงบนผิวโลก (Geospatial Data) โดยใช้เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องคือ การรับรู้ระยะไกล (Remote Sensing) ระบบการกำหนดตำแหน่งบนผิวโลกด้วยดาวเทียมสำรวจ (Global Navigation Satellite System) และระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (Geographic Information System: GIS) ในการบริหารจัดการข้อมูลอันประกอบไปด้วยการรวบรวมข้อมูล การจัดเก็บข้อมูล การจัดการข้อมูล  การวิเคราะห์ข้อมูล เพื่อให้ได้ผลลัพธ์สารสนเทศเชิงพื้นที่ (Geospatial Information) ที่นำไปใช้ประกอบการวางแผนและการตัดสินใจในการบริหารจัดการทรัพยากร และสิ่งแวดล้อมได้อย่างเป็นระบบและมีประสิทธิภาพ

ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงพื้นที่ (Spatial Data) โดยข้อมูลลักษณะต่างๆ ถูกนำมาจัดให้อยู่ในรูปแบบที่มีความสัมพันธ์เชื่อมโยงกันและกัน ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ (Computer Hardware), โปรแกรมประมวลผล (Software Application), ฐานข้อมูล (Database), หน่วยงานหรือองค์กร (Organizations), และผู้เชี่ยวชาญในระดับต่างๆ (Professionals) ทำงานร่วมกันในการประมวลผล วิเคราะห์ และแสดงผลข้อมูลตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการ

การใช้ระบบภูมิสารสนเทศสร้างแบบจำลองสามมิติของภูมิประเทศ เป็นการสร้างทรวดทรงจำลองลักษณะภูมิประเทศ โดยมีสัดส่วนทั้งในมิติทางราบและทางความสูงอย่างถูกต้อง เพื่อแสดงสภาพความสูงต่ำของภูมิประเทศ โดยใช้เทคโนโลยีของระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ ดังแสดงในภาพที่ 1

1

ภาพที่ 1 แสดงการใช้ระบบสารสเทศภูมิศาสตร์ ในการวิเคราะห์ภูมิประเทศ

3.   กระบวนการสร้างแบบจำลองพื้นผิวสามมิติโดยระบบภูมิสารสนเทศ มีองค์ประกอบ 5 ประการดังแสดงในภาพที่ 2 รายละเอียดดังนี้คือ

3.1 การสำรวจหรือสกัดข้อมูลความสูงของพื้นผิวจากภูมิประเทศจริง (Data capture) เป็นการรวบรวมตำแหน่งทั้งทางราบและความสูงของภูมิประเทศ สามารถทำได้หลายวิธี และมีหลายเทคโนโลยีที่สามารถทำได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยในหลาย ๆ อย่าง เช่น ความละเอียดถูกต้อง ปริมาณที่ต้องการ ตลอดจนปัจจัยภายนอก เช่น งบประมาณด้วยเช่นกัน

3.2 การสร้างแบบจำลองความสูงภูมิประเทศ (DEM generation) ในระบบภูมิสารสนเทศการแสดงพื้นผิวความสูงของภูมิประเทศสามารถทำได้หลายแบบ ขึ้นอยู่กับปัจจัย เช่น ปริมาณข้อมูล วิธีการที่จะนำมาใช้วิเคราะห์ หรือวัตถุประสงค์ในการแสดงผล เป็นต้น

3.3 การแสดงผลในระบบ (Visualization) เป็นการนำข้อมูลเชิงตำแหน่งมาประมวลผลร่วมกับแบบจำลองความสูงของภูมิประเทศ และแสดงผลการแสดงผลในรูปแบบสองมิติ หรือสามมิติ ขึ้นกับการกำหนดวิธีการแสดงผล และความสมบูรณ์ของข้อมูลที่ใช้ในการสร้างแบบจำลองความสูง
ภูมิประเทศ

3.4 การวิเคราะห์ตีความแบบจำลอง (Interpretation) เป็นการนำข้อมูลผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล นำมาผ่านกระบวนการวิเคราะห์ ตีความ โดยวิธีการหรือใช้แบบจำลองที่เหมาะสม ตามเงื่อนไขและข้อจำกัดที่กำหนด เช่น การวิเคราะห์เส้นทางน้ำ การวิเคราะห์ดินตัดดินถม การวิเคราะห์ภูมิประเทศ เป็นต้น

3.5 การนำไปประยุกต์ใช้งาน (Applications) เป็นการนำผลที่ได้จากส่วนต่างๆ ไปใช้ในการปฏิบัติงาน วางแผนต่างๆหรือบริหารจัดการ ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ผลสำเร็จของการใช้ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ ในบางครั้งผู้เชี่ยวชาญต้องอาศัยการทดลองใช้งาน เพื่อตรวจสอบให้แน่ใจว่าแบบจำลองให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ทำให้ในบางครั้งอาจจะต้องนำผลลัพธ์จากแบบจำลองมากกว่าหนึ่งแบบมาเปรียบเทียบผลจากการนำไปประยุกต์ใช้งานจริง เพื่อให้ทราบว่าวิธีการใดมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลมากที่สุด

2

ภาพที่ 2 แผนผังการสร้างแบบจำลองความสูงที่เหมาะสมกับการประยุกต์ใช้งาน

4.   ข้อมูลเชิงตำแหน่งในระบบภูมิสารสนเทศ

4.1 ข้อมูลในระบบจะประกอบด้วยข้อมูลในสองรูปแบบหลักคือ ข้อมูลเชิงพื้นที่ (Spatial Data) และข้อมูลเชิงคุณลักษณะ (Attribute Data)

4.1.1 ข้อมูลเชิงพื้นที่ (Spatial data) มีรูปลักษณ์ใน 3 ลักษณะ คือ จุด (Point), เส้น (Line) และพื้นที่รูปปิด (Polygon) เพื่อใช้แทนลักษณะของสิ่งต่างๆที่ปรากฏบนผิวโลกเช่น สถานที่แทนด้วยรูปแบบจุด เส้นถนน หรือทางน้ำ แทนด้วยรูปแบบเส้น พื้นที่ป่าไม้ ขอบเขตการปกครอง แทนด้วยรูปแบบของพื้นที่รูปปิด เป็นต้น ตัวอย่างประเภทข้อมูลเชิงพื้นที่ลักษณะต่างๆ แสดงในภาพที่ 3

3

ภาพที่ 3 ประเภทข้อมูลเชิงพื้นที่ในลักษณะต่างๆ

4.1.2 ข้อมูลเชิงคุณลักษณะ เป็นข้อมูลที่ใช้อธิบายประกอบข้อมูลเชิงพื้นที่นั้น เช่นเป็นจำนวนตัวเลข คำอธิบาย ชื่อเรียก  ตรรกศาสตร์  รหัส หรือแม้กระทั่งรูปภาพ ก็จัดได้ว่าเป็นข้อมูลเชิงคุณลักษณะประเภทหนึ่ง

4.2 การรังวัดข้อมูลความสูงของภูมิประเทศ เพื่อใช้ในการสร้างแบบจำลองสามมิติ (Height Data) ข้อมูลความสูงของภูมิประเทศ ได้มาจากการสำรวจรังวัด สามารถทำได้หลายวิธี โดยขึ้นอยู่กับความถูกต้อง ระยะเวลา ค่าใช้จ่าย และการครอบคลุมพื้นที่การสำรวจ หรือปัจจัยอื่นๆ ตามความต้องการ โดยสรุปแล้ววิธีที่เป็นที่นิยมสามารถรังวัดหาค่าระดับสูงได้ 3 วิธี คือ

4.2.1 การรังวัดภาคพื้นดิน (Terrestrial Survey) การสำรวจภาคพื้นดินเป็นการกำหนดตำแหน่งบนพื้นผิวโลกด้วยวิธีการถ่ายค่าระดับจากจุดที่ทราบค่าไปยังจุดที่ต้องการทราบค่าความสูง โดยการเทียบความสูงต่าง สามารถทำได้จากเทคนิคการรังวัดต่างๆ เช่น การรังวัดด้วยกล้องระดับ การรังวัดด้วยกล้องวัดมุม หรือการรังวัดด้วยเทคนิคการสำรวจรังวัดสัญญาณดาวเทียมสำรวจ ผลลัพธ์ที่ได้จากการรังวัดภาคพื้นดิน จะมีลักษณะเป็นจุดความสูง (Spot Height) กระจายครอบคลุมพื้นที่ มีความถูกต้องของความสูงในระดับ มิลลิเมตร ถึง เซนติเมตร

4.2.2 การรังวัดด้วยภาพ (Image Survey) เป็นการหาค่าความสูงด้วยการนำเทคโนโลยีเกี่ยวกับภาพถ่ายดิ่ง (Orthophoto) มารังวัดค่าความสูงของจุดต่าง ๆ ในพื้นที่ ซึ่งเทคนิคแบบนี้จะให้ค่าความสูงในระดับ เดซิเมตร ถึง เมตร

4.2.3 การรังวัดด้วยเรดาห์หรือเลเซอร์ (Radar or Laser Scanner) เป็นการสำรวจระยะไกลที่ใช้คลื่นเรดาห์ หรือเลเซอร์ในการส่งสัญญาณไปกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับมายังเครื่องรับสัญญาณโดยไม่ต้องอาศัยพลังงานจากธรรมชาติหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างพื้นผิวภูมิประเทศ ในการถ่ายภาพด้วยระบบเลเซอร์ถ้าใช้บนเครื่องบินจะเรียกว่า เครื่องกวาดภาพระบบเลเซอร์ทางอากาศ (Airborne Laser Scanner, ALS) ส่วนบนดาวเทียมจะเรียกว่า ระบบนำแสงตรวจจับและจัดการ (Light Detecting and Ranging, LiDAR) ในปัจจุบันเมื่อนำมาใช้ร่วมกับเทคนิคการสำรวจรังวัดด้วยสัญญาณดาวเทียม GPS โดยที่ความถูกต้องของค่าระดับจะอยู่ในช่วง 10 – 20 เซนติเมตร ส่วนการสำรวจด้วยเรดาห์ความถูกต้องของค่าระดับจะอยู่ในช่วง 10 – 25 เมตร

4.2.4 รายละเอียดการเปรียบเทียบวิธีการรังวัดหาค่าความสูงทั้ง 3 วิธี ตามตารางที่ 1

4

ตารางที่ 1 เปรียบเทียบความละเอียด และความถูกต้องของการรังวัดค่าระดับสูงจากหลายเทคนิค (Nelson et al., 2009)

5. แบบจำลองความสูงสามมิติของภูมิประเทศ

โดยปกติแล้วแผนที่จะแสดงลักษณะภูมิประเทศเป็นพื้นผิวที่ต่อเนื่อง ซึ่งแตกต่างจากการใช้หน่วยพื้นที่ (Raster) แสดงการใช้ที่ดิน  ซึ่งเป็นลักษณะของข้อมูลที่ไม่ต่อเนื่อง (Discrete data) พื้นผิวความสูงที่ต่อเนื่องสามารถแสดงด้วย   เส้นชั้นความสูง (Contour line)  ซึ่งเสมือนเป็นรูปหลายเหลี่ยมที่ซ้อนกันอยู่เป็นชั้นๆ อย่างไรก็ตามเส้นชั้นความสูงไม่เหมาะที่จะใช้ในการวิเคราะห์เชิงตัวเลข (Numeric analysis) หรือการทําแบบจําลองมากนัก ด้วยเหตุนี้จึงได้มีการพัฒนาวิธีการต่าง ๆ ที่จะสามารถแสดงการแปรเปลี่ยนทางความสูงต่ำของพื้นที่เชิงตัวเลขคือ แบบจําลองระดับสูงเชิงตัวเลข (Digital Elevation Model หรือ DEM) ซึ่งเป็นแบบจําลองที่มีแต่ข้อมูลระดับความสูงเพียงอย่างเดียว นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาแบบจําลองภูมิประเทศเชิงตัวเลข (Digital Terrain Model หรือ DTM) ที่มิได้หมายถึงเฉพาะ ระดับความสูงเท่านั้น แต่ยังแสดงถึงข้อมูลลักษณะอื่น ๆ ของภูมิประเทศด้วย เช่น ความชัน (Slope) การหันรับแสง (Aspect) หรือความสูงต่ำเชิงเงา (Shaded relief) เป็นต้น แม้ว่า DEM ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อจําลองระดับความสูงของพื้นผิว แต่วิธีนี้ยังสามารถนําไปใช้ในการจําลองความแปรเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องของตัวแปรความสูงตัวอื่นๆ  บนพื้นที่สองมิติได้อีกด้วย

5.1 การแสดงข้อมูลความสูงต่ำของพื้นผิวในระบบภูมิสารสนเทศ

5.1.1 การแสดงลักษณะพื้นผิวสามารถแสดงได้หลากหลายลักษณะ เช่น แสดงโดยใช้จุดความสูง (Spot Height) เส้นชั้นความสูง (Contour Line) โครงข่ายสามเหลี่ยมไม่สม่ำเสมอ (Triangulated Irregular Network) และตารางกริด (Grid) ดังแสดงในภาพที่ 4

5

ภาพที่ 4 การแสดงความสูง – ต่ำของพื้นผิวหลายรูปแบบในระบบภูมิสารสนเทศ

5.1.2 Points เป็นแบบจำลองความสูงที่เก็บค่าระดับสูงและตำแหน่งพิกัด x และ y แบบจุดต่อจุด

5.1.3 Contours หรือ เส้นชั้นความสูง ประกอบไปด้วยสองส่วน คือ contour line หรือเส้นโค้งที่จุดทุกจุดบนเส้นจะมีค่าระดับสูงเท่ากัน และ contour interval เป็นช่วงต่างค่าระดับสูงในการแสดงเส้น contour line

5.1.4 TINs (Triangulated Irregular Network) คือ แบบจำลองความสูงที่เก็บข้อมูลในรูปแบบเชิงเส้น (vector) โดยจะเก็บตำแหน่งของจุดที่มีค่าระดับสูงที่แต่ละจุดจะมีเส้นเชื่อมกันเป็นรูปสามเหลี่ยมที่ไม่ซ้อนทับกัน

5.1.5 Grids คือ แบบจำลองที่ประกอบด้วยตารางกริดที่มีขนาดสม่ำเสมอ โดยที่ในแต่ละช่องจะเก็บค่าความสูงที่เป็นตัวแทนของกริดไว้

5.2 เทคนิคการประมาณค่าความสูงให้กับพื้นผิว (Interpolation Method)

การประมาณค่าความสูงให้กับพื้นผิวแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ ๆ คือ วิธีการโดยตรง และวิธีการทางสถิติ วิธีการโดยตรงจะขึ้นอยู่กับจุดที่ทราบค่าความสูง หรือสมการทางคณิตศาสตร์ที่นำมาใช้ประมาณค่าให้กับจุดตัวอย่าง ส่วนวิธีการทางสถิติเป็นวิธีการทำนายค่าให้กับแบบจำลองความสูงโดยการประยุกต์ใช้วิธีการทางสถิติมาใช้งาน โดยที่วิธีการนี้จะทำให้สามารถวิเคราะห์ความสัมพันธ์ ณ จุดต่าง ๆ ของพื้นผิวระดับสูงได้

เนื่องจากในความเป็นจริง เราไม่สามารถเข้าไปในทุก ๆ ตำแหน่งของพื้นที่ศึกษาได้ เพื่อให้ได้ค่าความสูงในทุกๆ พื้นที่  ดังนั้นการสุ่มเก็บตัวอย่างเพียงบางจุด และใช้การทำนายค่าที่เป็นไปได้ให้กับตำแหน่งที่ไม่ได้สำรวจค่าความสูงโดยตรง จึงเป็นวิธีการที่นิยมใช้ในการสร้างแบบจำลองความสูง สำหรับวิธีการต่าง ๆ ในการประมาณค่าความสูงให้กับพื้นผิวนั้น มีวิธีการและรายละเอียดที่จะต้องพิจารณา ดังต่อไปนี้

1) ควบคุมการประมาณค่าความสูงด้วยการจำกัดจำนวนจุดที่มาพิจารณา เช่น จำนวนจุดข้างเคียงมากที่สุด หรือจำกัดรัศมีในการเลือกจุดข้างเคียง

2)  การควบคุมด้วยแนวเส้นอุปสรรค (Barrier) เพื่อจำกัดการเลือกจุดข้างเคียงในการประมาณค่าความสูงให้กับจุดสุ่ม ซึ่งการเลือกจุดข้างเคียงจะไม่ทำข้ามแนวเส้นอุปสรรคนี้ เทคนิคที่สนับสนุนการทำหน้าที่ของเส้นอุปสรรคนี้ คือ เทคนิคที่เรียกว่า IDW (Inverse Distance Weight) และ Kriging

6

(ก)                                                 (ข)

ภาพที่ 5 (ก) การควบคุมวิธีการประมาณค่าความสูงให้กับกริดสามารถทำได้โดยการกำหนดจำนวนจุด หรือกำหนดขอบเขตในการอ่านค่าความสูงของจุดที่ทราบค่ามาใช้ประมาณค่าให้กับจุดตัวอย่าง

(ข) Barriers จะแสดงแนวเส้นบนพื้นผิวเพื่อแสดงให้เห็นความไม่ต่อเนื่องของระดับข้อมูลวิธี IDW และ Kriging จะเป็นวิธีที่สามารถใช้ Barriers ช่วยในการควบคุมการประมาณค่าพื้นผิวได้

5.2.1 เทคนิคการประมาณค่าความสูงโดยวิธีการ Inverse Distance Weighted (IDW) วิธีการประมาณค่าแบบ IDW (คาเฉลี่ยถวงน้ำหนัก) จะสมมุติวาจุดระดับความสูงจะมีอิทธิพลในทางผกผันกับระยะทางสําหรับการกําหนดคาระดับความสูงของแตละกริด (cell) กลาวคือจุดระดับความสูงที่อยูใกลกวาจะมี คาความสําคัญหรืออิทธิพลในการกําหนดคาความสูงของกริด (cell) นั้น ๆ มากกวาจุดระดับความสูงที่อยูไกลออกไป  โดยสามารถกำหนดจำนวนจุด หรือ อาจใช้ทุกจุดที่ทราบค่าความสูงที่อยู่ในรัศมีที่กำหนดมาคำนวณหาค่าความสูงให้กริดผลลัพธ์ได้ วิธีการนี้เหมาะกับกรณีที่มีข้อมูลความสูงของพื้นที่สำรวจมีความหนาแน่นมาก

7

ภาพที่ 6 การแสดงความสูง – ต่ำของพื้นผิวจากวิธีการ Inverse Distance Weighted

5.2.2 เทคนิคการประมาณค่าความสูงโดยวิธีการ Spline เป็นวิธีการประมาณค่าทางพื้นที่เป็นตัวแทนทางคณิตศาสตร์ของไม้บรรทัดที่งอได้ โดยกําหนดค่าระดับความสูงของแต่ละกริด (cell) ด้วยการสร้างความโค้งตามพื้นผิวอย่างเหมาะสม สามารถ ปรับให้สอดคล้องกับจุดข้อมูลจํานวนไม่มากได้พอดี ดังนั้นจึงเป็นวิธีการที่เหมาะกับข้อมูลจุดที่มีไม่มากนักในพื้นที่

8

ภาพที่ 7 การแสดงความสูง – ต่ำของพื้นผิวจากวิธีการ Spline

5.2.3 เทคนิคการประมาณค่าความสูงโดยวิธีการ Kriging เป็นวีธีการประมาณค่าที่ทำการสันนิษฐานจากระยะทาง หรือทิศทางระหว่างจุดตัวอย่างแต่ละจุด ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ ที่สามารถนำมาใช้ในการอธิบายการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับพื้นผิวได้ วิธีการ Kriging นี้จะทำการเลือกสมการทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมกับจุดตัวอย่างที่เลือกไว้ หรือจุดตัวอย่างทั้งหมดภายในรัศมีที่กำหนด เพื่อให้ค่าผลลัพธ์ในแต่ละพื้นที่ออกมา Kriging ทำงานหลายขั้นตอนโดยผสมผสานการสำรวจวิเคราะห์ค่าทางสถิติของข้อมูล การทำแบบจำลองแบบ Variogram การสร้างพื้นผิว และยังมีส่วนเสริมให้สามารถตรวจดูความแปรปรวนของพื้นผิวได้อีกด้วย วิธีการนี้มักนิยมใช้ในกรณีที่ต้องการทราบความสัมพันธ์ของระยะทาง หรือทิศทางที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของข้อมูล โดยมากมักใช้ทางปฐพีวิทยา และธรณีวิทยา

9

ภาพที่ 8 การแสดงความสูง – ต่ำของพื้นผิวจากวิธีการ Kriging

5.2.4 เทคนิคการประมาณค่าความสูงโดยวิธีการ  Natural Neighbor เป็นเทคนิคเช่นเดียวกับ IDW การประมาณค่าด้วยวิธีนี้ เป็นอีกวิธีหนึ่งที่อาศัยการเฉลี่ยน้ำหนักของข้อมูลที่ได้ อย่างไรก็ตามแทนที่จะหาค่ามาใส่ในกริดที่ต้องการทราบค่าประมาณโดยใช้จุดทุกจุดแล้วให้น้ำหนักไล่ระดับกันไป วิธีการนี้จะสร้างรูปสามเหลี่ยม Delauney ของจุดทราบค่าความสูง และเลือกมาเฉพาะจุดที่อยู่ใกล้กับจุดเชื่อมของสามเหลี่ยมรอบบริเวณกริดที่ทำการประมาณค่า โดยน้ำหนักของค่าที่ใช้จะได้สัดส่วนกับพื้นที่นั้น ๆ วิธีการนี้เหมาะอย่างยิ่งหากต้องการสร้างพื้นผิวขึ้นมาจากจุดทราบค่าความสูงที่มีการกระจายตัวด้วย ความหนาแน่นแบบไม่แน่นอน เป็นเทคนิคการประมาณค่าความสูงที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ดีในพื้นผิวทั่วไปที่ไม่ต้องการปรับค่าตัวแปรอย่าง รัศมี จำนวนของจุดข้อมูลที่ใช้ หรือน้ำหนัก

10

ภาพที่ 9 การแสดงความสูง – ต่ำของพื้นผิวจากวิธีการ Natural Neighbor

6. ตัวอย่างโครงการสำรวจระดับคันกั้นน้ำและระดับพื้นที่กรุงเทพมหานครและปริมณฑล เพื่อใช้ในการศึกษาการใช้โปรแกรมภูมิสารสนเทศในการสร้างแบบจำลองสามมิติของภูมิประเทศ

6.1 โครงการนี้เป็นโครงการอันเนื่องมาจากพระราชดำริ แก่ผู้ว่าราชการกรุงเทพมหานคร พร้อมคณะผู้บริหารระดับสูง เมื่อ 17 กันยายน 2550 สรุปความได้ว่า “ให้จัดทำแผนที่มาตราส่วนใหญ่แสดงจุดอ่อนน้ำท่วม และจัดทำข้อมูลระดับ สูง-ต่ำของพื้นที่ดินในกรุงเทพมหานคร” ดังนั้นณะกรรมการบริหาจัดการน้ำบริเวณพื้นที่กรุงเทพมหานครและปริมณฑล จึงได้เห็นชอบให้ตั้งคณะทำงานสำรวจระดับคันกั้นน้ำและระดับพื้นที่กรุงเทพมหานครและปริมณฑลขึ้น ซึ่งคณะทำงานได้มีมติให้ ผท.ทหาร เป็นผู้รวบรวมข้อมูลและสำรวจระดับคันกั้นน้ำและระดับพื้นที่บริเวณกรุงเทพมหานครและปริมณฑล เมื่อปี 2553

6.2 พื้นที่ศึกษา     พื้นที่โดยรอบและภายในแนวคันกั้นน้ำของกรุงเทพมหานครและปริมณฑล
– ทิศเหนือจรดคลองพระยาบรรลือ คลองระพีพัฒน์ฝั่งใต้ จังหวัดพระนครศรีอยุธยา
– ทิศใต้จรดทะเลอ่าวไทยบริเวณปากแม่น้ำท่าจีนแม่น้ำเจ้าพระยา และแม่น้ำบางปะกง
– ทิศตะวันตกจรดแม่น้ำท่าจีน
– ทิศตะวันออกจรดแม่น้ำบางปะกง แม่น้ำนครนายก

6.3 ข้อมูลการสำรวจที่นำมาใช้ในการศึกษา หมุดระดับความสูงภูมิประเทศของกรมแผนที่ทหารในโครงการสำรวจคันกั้นน้ำและระดับพื้นที่กรุงเทพมหานครและปริมณฑลโดยการสำรวจระดับชั้นที่ 3 ปี พ.ศ.2553 จำนวน 1,835 จุดซึ่งแต่ละจุดห่างกันประมาณ 2 กม.ประกอบด้วยข้อมูลที่สำคัญได้แก่ ค่าพิกัดทางราบ (Northing, Easting) และค่าระดับความสูงภูมิประเทศ (Elevation) เหนือระดับทะเลปานกลาง รายละเอียดตามภาพที่10

11

ภาพที่ 10 จุดสำรวจค่าระดับสูงที่จะนำมาใช้ในการสร้างแบบจำลองความสูงสามมิติ

6.4 ชั้นข้อมูลอื่นๆ ที่จำเป็นเพื่อจัดทำแผนที่สามมิติของภูมิประเทศ

6.4.1 ข้อมูลภูมิประเทศพื้นฐานที่จำเป็น

6.4.1.1 ข้อมูลจุดความสูง (Spot Height) – จะต้องมีข้อมูลค่าความสูงระบุอยู่ใน Attribute

6.4.1.2 ข้อมูลขอบเขตพื้นที่ – ใช้กำหนดขอบเขตของงานที่จะดำเนินการประมวลผล

6.4.1.3 ข้อมูลเส้นทางน้ำ – ใช้สำหรับเป็น Break line (เป็นแนวเส้นอุปสรรค์ที่ป้องกันการประมวลผลความสูงผ่านเส้นที่กำหนด)

6.4.2 ข้อมูลประกอบ (ถ้ามี)

6.4.2.1 ข้อมูลหนอง บึง ทะเลสาบ (Lake)

6.4.2.2 ข้อมูลเส้นชั้นความสูง (Contour) – จะต้องมีข้อมูลค่าความสูงระบุอยู่ใน Attribute

6.4.2.3 ข้อมูลพื้นลุ่มต่ำ (Sink) – ควรมีข้อมูลค่าความสูงระบุอยู่ใน Attribute

6.4.3  ข้อมูลความสูงที่นำเข้าจะแบ่งออกเป็น  6 ประเภท ดังนี้:

6.4.3.1 PointElevation จุดที่แสดงความสูงของพื้นผิว มีฟิลด์ที่แสดงค่าความสูงของจุดนั้นๆ

6.4.3.2 Contour เส้นที่แสดงถึงเส้นชั้นความสูง มีฟิลด์ที่แสดงค่าความสูงของเส้นชั้นความสูงนั้นๆ

6.4.3.3 Stream เส้นที่แสดงตำแหน่งของทางน้ำ โดยทิศทางของเส้นจะต้องมุ่งไปยังปลายน้ำ และต้องเป็นทางน้ำเส้นเดี่ยว (single arc streams) ไม่จำเป็นต้องมีฟิลด์แสดงค่าในชั้นข้อมูลนี้

6.4.3.4 Sink จุดที่แสดงถึงที่ลุ่มต่ำ ควรมีฟิลด์ที่แสดงค่าความสูงของที่ลุ่มต่ำนั้นๆ แต่ถ้าหากค่า NONE ได้ถูกเลือกใช้ ตำแหน่งของที่ลุ่มต่ำเท่านั้นที่จะถูกนำมาคำนวณ

6.4.3.5 Boundary พื้นที่รูปปิดที่แสดงขอบเขตของข้อมูลราสเตอร์ที่เป็น Output เซลล์ที่อยู่นอกขอบเขตนี้จะถูกระบุเป็น NoData ตัวเลือกนี้สามารถนำมาใช้กับการตัดพื้นที่น้ำตามแนวชายฝั่งออกได้ก่อนที่จะทำราสเตอร์ output ขั้นสุดท้าย ไม่จำเป็นต้องมีฟิลด์แสดงค่าในชั้นข้อมูลนี้

6.4.3.6 Lake พื้นที่รูปปิดที่แสดงถึงตำแหน่งของทะเลสาบ เซลล์ของราสเตอร์ output ที่ถูกกำหนดในเป็นทะเลสาปจะถูกกำหนดให้มีค่าต่ำสุดตามแนวชายฝั่ง ไม่จำเป็นต้องมีฟิลด์แสดงค่าในชั้นข้อมูลนี้

7. ตัวอย่างการสร้างแบบจำลองสามมิติของภูมิประเทศ โดยใช้โปรแกรมภูมิสารสนเทศ ArcGIS Ver 9.0

7.1 นำเข้าชั้นข้อมูลตามข้อ 6 และจัดรูปแบบของการแสดงผลให้เหมาะสม

7.2 คำสั่งที่ใช้ประมวลผล สร้างแบบจำลองสามมิติของภูมิประเทศ

7.2.1 ใช้คำสั่ง Topo to Raster ใน Arctoolbox เพื่อการประมาณค่าภายใน (interpolation) เพื่อใช้ในการสร้างพื้นผิว โดยคำสั่งนี้เหมาะสำหรับการสร้างพื้นผิวของทางน้ำ และรักษาแนวขอบ (ridge line) โครงข่ายของทางน้ำ จากข้อมูลเส้นชั้นความสูงเอาไว้ โดย algorithm นี้มีที่มาจากวิธีการสร้างข้อมูลความสูง ANUDEM ที่พัฒนาโดย Hutchinson และคณะแห่ง Australian National University

7.2.2 วิธีการสร้างข้อมูลความสูงจากคำสั่ง Topo to Raster

7.2.2.1 เปิดโปรแกรม ArcGIS แล้ว Add ชั้นข้อมูลที่จำเป็นต่อการสร้างข้อมูลความสูงดังภาพ

12

ภาพที่ 11 โปรแกรม ArcGIS

7.2.2.2 เปิด ArcToolBox เลือก Topo to Raster ดังภาพที่ 12

13

ภาพที่ 12 แสดงการเปิด ArcToolBox

7.2.2.3 ปรากฏหน้าต่างของ Topo to Raster จากนั้นให้กำหนดประเภทของ feature ต่างๆที่จำเป็น ดังภาพที่ 13

14

ภาพที่ 13 แสดงหน้าต่างของ Topo to Raster

7.2.2.4 กำหนดชื่อและที่เก็บไฟล์ output และขนาด cell size ดังภาพที่ 14

15

 

ภาพที่ 14 แสดงการกำหนดชื่อและที่เก็บไฟล์

7.2.2.5 กำหนดวิธีการประมวลผล และข้อมูลหลักที่ใช้เป็นค่าความสูง ดังภาพที่ 15 แล้วสั่งประมวลผล

16

 

ภาพที่ 15 แสดงการกำหนดวิธีการประมวลผลและข้อมูลหลักที่ใช้เป็นค่าความสูง

7.2.2.6 ผลลัพธ์จะได้เป็นข้อมูลพื้นผิวความสูงที่มีลักษณะเป็นช่องกริดที่มีความสูง ต่อเนื่องกันเป็นพื้นผิว ดังภาพที่ 16

17

ภาพที่ 16 แสดงผลลัพธ์จะได้เป็นข้อมูลพื้นผิวความสูงที่มีลักษณะเป็นช่องกริดที่มีความสูง

7.2.2.7 กำหนดสีให้กับแต่ละช่วงชั้นความสูงให้เหมาะสม ผลลัพธ์จะได้เป็นแผนที่ที่แสดงความสูงของภูมิประเทศโดยการแบ่งแยกสีที่แตกต่างกัน ดังภาพที่ 17

18

ภาพที่ 17 แสดงความสูงของภูมิประเทศโดยการแบ่งแยกสีที่แตกต่างผลลัพธ์ซึ่งจะได้เป็นแผนที่

8. ตัวอย่างการใช้วิธีการประมาณค่าภายใน เพื่อสร้างเป็นพื้นผิวสามมิติของภูมิประเทศ โดยใช้โปรแกรมภูมิสารสนเทศ ArcGIS Ver 9.0

เนื่องจากพื้นที่บริเวณกรุงเทพมหานครและปริมณฑล มีการลักษณะโดยรวมเป็นพื้นที่ราบมีการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวแบบค่อยเป็นค่อยไป ดังนั้นจึงเลือกใช้วิธีการแทรกค่าด้วยรูปแบบ “Linear Semivariogram Model in Kriging” ในโปรแกรม ARCGIS 9.3 โดยการระบุความละเอียดจุดภาพของพื้นผิวผลลัพธ์ไว้ 2 จำนวนได้แก่ 400 ม.x 400 ม.และ 100 ม.x 100 ม. ค่าตัวเลือกอื่นๆเป็นตามค่าอัตโนมัติของโปรแกรมดังภาพที่ 18

19

ภาพที่ 18 แสดงค่าตัวเลือกอัตโนมัติของโปรแกรม

20

ภาพที่ 19 แสดงแผนที่ความสูงของพื้นที่ที่ได้จากวิธีการ Kriging

9. ตัวอย่างการใช้โปรแกรมภูมิสารสนเทศ QGIS ที่เป็นโปรแกรมรหัสเปิด (โปรแกรมประยุกต์เผยแพร่ฟรี)

Quantum GIS (QGIS) เป็นโปรแกรมรหัสเปิดระบบภูมิสารสนเทศอย่างเป็นทางการของมูลนิธิโอเพนซอร์ส (OSGeo) สามารถใช้งานได้บน Linux, Mac OSX และ Windows และสนับสนุนข้อมูลเวกเตอร์ แรสเตอร์ และฐานข้อมูลเชิงปริภูมิ พร้อมมีฟังก์ชั่นและปลั๊กอินให้เลือกใช้งาน

9.1 การนำเข้าข้อมูลเป็นรูปแบบดิจิตอล

ข้อมูลค่าระดับสูงที่ได้จากการสำรวจจะนำเข้าไปในโปรแกรมประยุกต์ภูมิสารสนเทศ ด้วยการ Import จากค่าพิกัด Northing และ Easting โดยมีค่าระดับสูงเป็น attribute หนึ่งเพื่อใช้สร้างพื้นผิวสามมิติ (ภาพที่ 20)

21

ภาพที่ 20 ข้อมูลระดับสูงที่นำเข้าในรูปแบบ Shapefile ที่มี HEIGHT ระบุค่าระดับสูงของจุดสำรวจค่าระดับ

ข้อมูลสำหรับทำแบบจำลองพื้นผิวสามมิติที่อยู่ในรูปดิจิตอลนี้จะเรียกว่าข้อมูล Functional Surface ซึ่งจะมีเพียง 2.5 มิติ เนื่องจากต้องอ่านค่าความสูง (มิติที่ 3) จากข้อมูล x และ y ของแหล่งข้อมูล ผลลัพธ์ของข้อมูลระดับสูงแบบ Functional Surface แสดงดังภาพที่ 21

22

ภาพที่ 21 ข้อมูล Functional Surface ที่พร้อมสำหรับสร้างแบบจำลองพื้นผิวสามมิติ

9.2 การสร้าง Grid Data Set จากข้อมูลจุดสำรวจความสูงภูมิประเทศ

นำค่าพิกัดและค่าความสูงของจุดสำรวจมา Plot ลงในชั้นข้อมูล โดยกำหนดให้มี attribute ชื่อ ELEVATION เพื่อใส่ค่าความสูงเหนือ รทก. ของจุดสำรวจ ดังภาพที่ 22

23

ภาพที่ 22 จุดสำรวจและค่าความสูงในชั้นข้อมูล GIS

9.3 สร้างแบบจำลองพื้นผิวด้วย Interpolation plugin

โปรแกรม QGIS มีฟังก์ชั่นประมาณค่าความสูงให้กับแบบจำลองความสูงอยู่ 2 วิธี คือ IDW และ TIN ในที่นี้จะเลือกวิธี IDW มาแสดงวิธีการใช้งานโปรแกรม สำหรับวิธีการสร้างแบบจำลองความสูงภูมิประเทศมีขั้นตอนดังนี้

9.3.1 เลือกเมนู Raster > Interpolation

9.3.2 เลือกข้อมูลเวกเตอร์ “จุดสำรวจค่าระดับสูง” และกำหนดให้โปรแกรมอ่านค่าความสูงจากคอลัมน์ ELEVATION

9.3.3 เลือกข้อมูลเวกเตอร์ ขอบเขตพื้นที่สำรวจ สำหรับเป็นข้อมูล Break line

9.3.4 เลือก Inverse Distance Weighting (IDW) เป็นวิธีการประมาณค่าความสูงให้กับจุดอื่นๆ

9.3.5 เลือก    เพื่อกำหนด Distance coefficient P ที่ 3.0

9.3.6 กำหนดขนาด Cellsize เท่ากับ 500 เมตร

9.3.7 กำหนดชื่อไฟล์ผลลัพธ์

24

ภาพที่ 23 การใช้งานฟังก์ชั่น Interpolation plugin เพื่อสร้างแบบจำลองภูมิประเทศ

9.3.8 กด “OK” เพื่อประมวลผล

25

ภาพที่ 24 กำลังประมาณค่าความสูงให้กับพื้นผิวด้วยฟังก์ชั่น IDW

9.3.9 กำหนดการแสดงผลแบบเฉดสี Pseudocolor โดยโปรแกรม QGIS จะจำแนกระดับชั้นความสูงให้อัตโนมัติจากค่าสถิติ แล้วแสดงเป็นเฉดสี

26

ภาพที่ 25 การจัดกลุ่ม (จำแนก) ข้อมูลความสูงเพื่อแสดงผลเป็นเฉดสีด้วยวิธี Pseudocolor

9.3.10 ภาพผลลัพธ์จากการประมวลผล

27

ภาพที่ 26 ข้อมูลแบบจำลองความสูงที่ได้จากการแสดงสีวิธี Pseudocolor

9.3.11 กำหนดชั้นความสูงและสีให้กับข้อมูลโดยตรง โดยเลือก Style แบ่งกลุ่มสีแบบ Colormap แล้วกำหนดค่าความสูงที่ใช้ในการแสดงเฉดสี ดังภาพที่ 27

28

ภาพที่ 27 การกำหนดสีและค่าความสูงที่ใช้ในการแบ่งเฉดสีโดยผู้ใช้เป็นผู้กำหนด

29

ภาพที่ 28 แบบจำลองความสูงที่แสดงระดับสูงตามที่ผู้ใช้กำหนดจำนวน 7 ระดับ

9.4 บูรณาการข้อมูลและแบบจำลองความสูงร่วมกับแผนที่ Online

การนำแบบจำลองความสูงที่ได้นี้ไปประยุกต์ใช้อย่างง่ายๆ คือ การนำไปซ้อนอยู่บนแผนที่เพื่ออ่านค่าความสูงของสถานที่ต่าง ๆ ในเรื่องนี้โปรแกรม QGIS มี plugin ที่สามารถนำชั้นข้อมูลแผนที่ online เช่น Google OpenStreetMap Yahoo และ Bing มาซ้อนกับชั้นข้อมูล GIS ได้ดังขั้นตอนต่อไปนี้

9.4.1 เปิดชั้นข้อมูล “จุดสำรวจความสูง” และ “แบบจำลองความสูง” เตรียมไว้

9.4.2 กำหนดความโปร่งใสให้กับชั้นข้อมูล “แบบจำลองพื้นผิว” เพื่อให้สามารถมองเห็นแผนที่ที่ซ้อนอยู่ด้านหลังโดยกำหนด Transparency ของชั้นข้อมูลให้เท่ากับ 50% ดังรูป

30

ภาพที่ 29 กำหนด Transparency ให้กับชั้นข้อมูล

9.4.3 ติดตั้ง plugin แสดงชั้นข้อมูล Google Maps OpenStreetMap Yaoo และ Bing โดยเลือกเมนู Plugins > Fetch Python Plugin

9.4.4 เลือก Openlayers Plugin แล้วคลิก Install

31

ภาพที่ 30 ติดตั้ง Openlayers Plugin

9.4.5 เมื่อติดตั้ง OpenLayers Overview plugin เสร็จแล้วให้เลือกเมนู Plugins > OpenLayers plugin > Add OpenStreetMap เพื่อเพิ่มชั้นข้อมูล OpenStreetMapมาซ้อนอยู่ข้างหลังเพื่อตรวจสอบความสูงของพื้นที่ต่าง ๆ ได้โดยอ่านจากแผนที่ และใช้เมนู Identify เพื่ออ่านความสูงจากแบบจำลอง

32

ภาพที่ 31 ชั้นข้อมูล “จุดสำรวจค่าระดับสูง” และ “แบบจำลองความสูงของพื้นผิว”

33

ภาพที่ 32 เมื่อเพิ่มชั้นข้อมูล OpenStreetMap เข้ามาทำให้เห็นความสูงต่ำ ณ ตำแหน่งต่างๆ ของพื้นที่ได้ดีขึ้น เนื่องจากมีรายละเอียดของภูมิประเทศปรากฏอยู่ด้วย

34

 

ภาพที่ 33 อ่านค่าความสูงจากแบบจำลองฯ ด้วยฟังก์ชั่น Identify

จากรูปที่ 32 และ 33 การนำแผนที่ภูมิประเทศมาประยุกต์ใช้ร่วมกับแบบจำลองความสูงสามารถช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถวิเคราะห์พื้นที่อย่างง่ายๆ จากสายตาได้ เช่น ในรูปเฉดสีน้ำเงินแสดงให้เห็นว่าบริเวณพื้นที่ดอนเมืองที่ขั้นด้วยถนน รังสิต-ประทุม นั้นมีระดับพื้นที่ต่ำกว่าพื้นที่ข้างเคียง เป็นต้น

10. ความละเอียดถูกต้องของแบบจำลอง

การสร้างแบบจำลองความสูงในเอกสารองค์ความรู้ฉบับนี้ ใช้วิธีประมาณค่าเพื่อสร้างพื้นผิวความสูงภูมิประเทศจากข้อมูลจุดสำรวจความสูงที่ได้จากการทำระดับชั้นที่ 3 ดังนั้น จึงสามารถกล่าวได้ว่า ความถูกต้องของค่าความสูงของแต่ละจุดในพื้นผิวจะสามารถระบุความถูกต้องอยู่ที่ตำแหน่งของจุดสำรวจเท่านั้น ส่วนค่าความสูง ณ จุดอื่นๆ ที่ได้จากการประมาณค่าตัวเลขด้วยสมการจะไม่สามารถระบุขนาดของความถูกต้องได้ทำให้แบบจำลองความสูงที่ได้นี้เหมาะสำหรับการนำไปวิเคราะห์ในพื้นที่ขนาดใหญ่สนับสนุนการบริหารจัดการเชิงนโยบายมากกว่าใช้งานในเชิงวิศวกรรม เช่น การวิเคราะห์ปริมาณน้ำในพื้นที่ลุ่มน้ำภาคกลางเพื่อบริหารจัดการระบายน้ำท่วมเมื่อเกิดสถานการณ์อุทกภัย เป็นต้น

11. สรุปและข้อเสนอแนะ

11.1 สรุปเนื้อหา

เอกสารฉบับนี้มุ่งเน้นที่จะให้ความรู้ในเรื่องของการประยุกต์ใช้ระบบภูมิสารสนเทศเป็นเครื่องมือในการสร้างแบบจำลองความสูงภูมิประเทศ ซึ่งในตอนต้นของเอกสารฉบับนี้ จะเริ่มต้นด้วยนิยามและหลักการทำงานของระบบภูมิสารสนเทศที่สำคัญ ที่ทำให้เข้าใจถึงภาพรวมของการใช้งานระบบภูมิสารสนเทศในลักษณะของเครื่องมือ สำหรับใช้จำลองสภาพความเป็นจริงของภูมิประเทศบนพื้นผิวโลก ในลำดับต่อมาเอกสารอธิบายให้ความรู้เพิ่มเติมโดยเฉพาะกับฟังก์ชั่นที่เกี่ยวข้องกับการสร้างแบบจำลองความสูง โดยเริ่มตั้งแต่การสำรวจข้อมูลไปจนถึงหลักการนำเข้า จัดเก็บ และการสร้างแบบจำลองความสูงภูมิประเทศ โดยใช้โปรแกรมประยุกต์แบบต่างๆ (แสดงขั้นตอนการใช้งานไว้ในข้อที่ 7 – 9)

ข้อมูลที่นำมาใช้ในอธิบายเอกสารฉบับนี้เป็นข้อมูลจาก “โครงการสำรวจระดับคันกั้นน้ำและระดับพื้นที่กรุงเทพมหานครและปริมณฑล” ซึ่งสำรวจหาค่าระดับสูงบนพื้นดินทุกๆ 2 กม. ในแนวเขตคั้นกั้นน้ำ (รายละเอียดในข้อที่ 6) โดยระบบภูมิสารสนเทศที่ใช้จะมีหลากหลายฟังก์ชั่นให้เลือกในการสร้างและแสดงความสูงของพื้นผิวจำลอง ที่เป็นตัวแทนภูมิประเทศ การเลือกสร้างแบบจำลองด้วยฟังก์ชั่นแบบใดนั้นจะขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการประยุกต์ใช้วิเคราะห์ประเด็นปัญหา ดังเช่น ต้องการวางแผนสร้างแนวการผันน้ำ การหาพื้นที่เสี่ยงภัยน้ำท่วม เป็นต้น จากผลลัพธ์ที่ได้จากขั้นตอนการดำเนินการในข้อที่ 7 – 9 โดยสรุปแล้ว การสร้างแบบจำลองความสูงโดยวิธีต่างๆ เหล่านี้ ไม่ว่าจะเป็นวิธีการ Spline Kriging IDW หรือ TIN จะพบว่ามีข้อจำกัดที่เกิดมาจากข้อมูลในสองประเด็น คือ

* ข้อมูลความสูงที่นำมาใช้มีระยะค่อนข้างห่าง (2 กม.) ทำให้เมื่อนำผลลัพธ์ที่เป็นแบบจำลองความสูงมาซ้อนกับแผนที่จะเห็นว่ารายละเอียดสิ่งปลูกสร้างที่ปรากฏในแผนที่นั้นมีมากและมีความถี่กว่าจำนวนจุดระดับสูงที่นำมาใช้สร้างแบบจำลอง ซึ่งจุดระดับสูงควรจะอยู่ใกล้กันมากกว่านี้ เพื่อให้เหมาะสมกับสเกลของพื้นที่เมือง

* ข้อมูลที่จะนำมาใช้เป็น Break line และ Structure line เช่น ถนน และสิ่งปลูกสร้าง ที่มีค่าความสูง จะทำให้แบบจำลองมีความสมจริงมากขึ้น ยังไม่ได้นำมาใช้ประมวลผลร่วมกับข้อมูลจุดสำรวจในครั้งนี้

ในการเพิ่มความละเอียดให้กับแบบจำลอง ข้อมูลเพิ่มเติม ดังเช่น ข้อมูลค่าระดับในสายการระดับ และข้อมูล LiDAR จะสามารถนำมาประยุกต์ใช้ร่วมกับข้อมูลจุดระดับสูงเพื่อปรับเพิ่มความถูกต้องให้กับผลลัพธ์ได้ และอาจทำให้การเปรียบเทียบฟังก์ชั่นการสร้างแบบจำลองความสูงแบบต่างๆ สามารถทำได้ละเอียดมากกว่านี้ เพื่อหาวิธีการที่เหมาะสมกับพื้นที่กรุงเทพมหานครและปริมณฑล ในการประยุกต์ใช้ในการวางแผนบริหารจัดการทรัพยากรน้ำต่อไป

11.2 ข้อเสนอแนะ

1) การสร้างพื้นผิวภูมิประเทศด้วยวิธีการแทรกค่าและการพิจารณาพื้นผิวนี้ไม่พิจารณารวมกับแนวสกัดกั้นต่างๆ (breakline) หรือ สิ่งกีดขวางต่างๆ (obstacle) ทั้งที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น แนวถนน แม่น้ำ ลำคลอง อาคารสิ่งปลูกสร้าง เป็นต้น ซึ่งมีผลทั้งเป็นเส้นทางการไหลของน้ำและแนวบังคับทิศทางของน้ำในอีกรูปแบบหนึ่ง ควรที่จะได้ทำการสำรวจและนำมาปรับปรุงแบบจำลองในคราวต่อไป

2) การพิจารณาลักษณะภูมิประเทศและทิศทางการไหลของน้ำที่มีความละเอียดสูงกว่านั้น สามารถทำได้โดยการนำข้อมูลที่เป็นข้อจำกัดดังที่ได้กล่าวไปแล้วนั้นมาพิจารณาร่วมด้วย เช่นบริเวณที่เป็นแม่น้ำลำคลองนั้นจะมีท้องน้ำที่ลึก มีระดับความสูงของภูมิประเทศที่ต่ำ อาจแสดงให้เห็นเป็นแนวเส้นสีน้ำเงินพาดผ่านจากทางทิศเหนือลงสู่ทิศใต้ ส่งผลให้ทิศทางการไหลของน้ำบริเวณใกล้เคียงเปลี่ยนแปลงคือมีทิศทางการไหลลงสู่ลำน้ำเป็นลำดับแรก ในขณะที่แนวถนนซึ่งโดยปกติจะมีความสูงมากกว่าภูมิประเทศโดยรอบ ในสภาวะน้ำท่วมจะส่งผลให้กลายเป็นแนวคันกันน้ำหรือแนวสกัดกั้นไปโดยปริยาย ทำให้ทิศทางการไหลของน้ำเปลี่ยนแปลง โดยไหลไปตามแนวถนน ระดับน้ำเหนือแนวถนนจะมีระดับสูงขึ้น และการไหลของน้ำชะลอตัว

12. ประโยชน์ที่ได้รับจากการจัดทำองค์ความรู้

12.1 เข้าใจหลักการสร้างแบบจำลองสามมิติในระบบภูมิสารสนเทศ

12.2 เข้าใจหลักการทำงานเบื้องต้นของวิธีการแทรกค่า (Interpolation)

12.3 ได้ผลลัพธ์ เป็นแผนที่แสดงความสูงของระดับพื้นดินกรุงเทพมหานครและปริมณฑล และสามารถประเมินทิศทางการไหลของน้ำเบื้องต้นจากการวิเคราะห์พื้นผิวระดับความสูงภูมิประเทศได้

12.4 สามารถนำพื้นผิวระดับความสูงภูมิประเทศประยุกต์ใช้ร่วมกับข้อมูลทางภูมิศาสตร์ในการวิเคราะห์ข้อมูลต่างๆกรณีเกิดอุทกภัยต่อไปได้เช่น ความสูงชันของพื้นที่ ทิศทางการไหลของน้ำ ความเร็วในการไหลของน้ำ การบริหารจัดการน้ำ ปริมาณน้ำในแต่ละพื้นที่ และระดับความสูงของน้ำ

13. การประยุกต์ใช้องค์ความรู้

การประยุกต์ใช้องค์ความรู้จากการสร้างแบบจำลองพื้นผิวนี้ สามารถนำไปต่อยอดร่วมกับการวิเคราะห์ทางด้านวิชาการภูมิศาสตร์เพิ่มเติมได้ ซึ่งถือว่าเป็นการนำความรู้ที่ได้รับไปใช้โดยตรง สำหรับการประยุกต์ใช้ในศาสตร์ด้านอื่นๆ ผู้นำไปใช้ต้องเข้าใจหลักการสำคัญที่ว่า ข้อมูลที่นำมาใช้สร้างแบบจำลองจะแบ่งออกเป็นสองส่วน คือ 1) ข้อมูลตำแหน่งค่าพิกัดทางราบ (x และ y) กับ 2) ค่าตัวเลขในแนวแกน z ของแต่ละจุด ในการสร้างมิติทางแนวแกน z ในเอกสารฉบับนี้ใช้ความสูงภูมิประเทศเหนือระดับทะเลปานกลางเป็นค่าในการคำนวณ หากนำค่าอื่นๆ มาใช้เป็นค่า z ก็จะสามารถสร้างแบบจำลองพื้นผิวในแบบอื่นๆ ได้เช่นเดียวกัน ตัวอย่างในการประยุกต์ใช้มีดังนี้

13.1 การประยุกต์ใช้โดยตรง เช่น การนำไปวิเคราะห์ทิศทางการไหลของน้ำ การคำนวณปริมาตรการกักเก็บน้ำของพื้นที่ การแสดงความลาดชันของพื้นที่ เป็นต้น

13.2 การประยุกต์ใช้ในศาสตร์ด้านอื่นๆ เช่น การแสดงทิศทางการระบาดของโรคโดยนำค่าสถิติจำนวนผู้ป่วยของสถานพยาบาลมาใช้เป็นค่า z การนำตัวเลขการตายของสัตว์ปีกตามตำแหน่งที่ตั้งของฟาร์มมาใช้เป็นค่า z เป็นต้น