เทคโนโลยี นวัตกรรม สิ่งประดิษฐ์ วิศวกรรม เกษตรศาสตร์ >>

การประยุกต์ใช้ภาพถ่ายดาวเทียม เพื่อการสร้างแผนที่ทางภูมิศาสตร์

The application of satellite image to create geographical map

ทิพย์วรรณ สุภาควัฒน์ นักศึกษาปริญญาโท บัณฑิตวิทยาลัย
สาขาเทคโนโลยีสารสนเทศ มหาวิทยาลัยสยาม
วิเชียร เปรมชัยสวัสดิ์ รองศาสตราจารย์ บัณฑิตวิทยาลัย
สาขาเทคโนโลยีสารสนเทศ มหาวิทยาลัยสยาม

การศึกษาวิจัยนี้ นำเสนอวิธีการประยุกต์ใช้ภาพถ่ายดาวเทียมจากโปรแกรม Google Earth เพื่อสร้างแผนที่ภูมิศาสตร์ ซึ่งใช้พื้นที่บริเวณกรุงเทพมหานครเป็นตัวอย่างในการศึกษาวิจัย มีการเขียน VB Script สร้างไฟล์ KML เพื่อช่วยในการกำหนดพิกัดตามช่วงที่ต้องการ แล้วจัดเก็บภาพมาประกอบเป็นแผนที่ขนาดใหญ่ เครื่องมือที่ใช้ในการประกอบคือโปรแกรม Photoshop และ AutoCAD โดยเมื่อได้แผนที่ภูมิศาสตร์มาแล้วจึงใช้โปรแกรม SketchUp สร้างโมเดลในพื้นที่นั้น ๆ เพื่อศึกษาผลกระทบที่เกิดขึ้นหากมีการก่อสร้างจริง ผลการวิจัยพบว่าแผนที่ภูมิศาสตร์ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์กับผู้ใช้ได้มากกว่าแผนที่ในลักษณะลายเส้นทั่วไป เพราะผู้ใช้สามารถเข้าใจได้ว่าพื้นที่ที่สนใจมีจุดสังเกตที่เด่นชัดอะไรบ้าง นอกจากนั้นยังสามารถประเมินสภาพแวดล้อมจากการใช้โมเดลเป็นแบบจำลองบนแผนที่ภูมิศาสตร์ได้อีกด้วย

แผนที่ คือ สิ่งที่แสดงลักษณะของผิวโลก ทั้งที่เป็นอยู่ตามธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นโดยแสดงลงบนพื้นราบ อาศัยการย่อส่วนให้เล็กลงตามขนาดที่ต้องการและใช้เครื่องหมายหรือสัญลักษณ์แทนสิ่งที่ปรากฏอยู่บนผิวโลก  แผนที่เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญอย่างหนึ่งที่มนุษย์ใช้ช่วยในการดำเนินกิจการงานต่าง ๆ ตลอดจนการศึกษาหาความรู้ในด้านวิชาการและในด้านการดำเนินชีวิตประจำวันตั้งแต่สมัยโบราณจนถึงสมัยปัจจุบัน ที่สำคัญอย่างหนึ่งก็คือ แผนที่เปรียบเสมือนเป็นชวเลขที่ดียิ่งของนักภูมิศาสตร์ อันเป็นเครื่องมือในการศึกษาวิชาภูมิศาสตร์ให้ละเอียดลึกซึ้ง

มนุษย์รู้จักใช้แผนที่มาตั้งแต่โบราณ ถือว่าแผนที่เป็นศูนย์รวมข้อมูลทางภูมิศาสตร์ที่มีความสำคัญต่อการศึกษาข้อมูลเพื่อประโยชน์ทั้งทางเศรษฐกิจ ทางสังคม และทางการเมือง นอกจากการใช้แผนที่ทั่วไปเพื่อศึกษาพื้นที่แล้วยังมีเครื่องมือทางภูมิศาสตร์และเทคโนโลยีอื่น ๆ ที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ เช่น การศึกษาภาพถ่ายทางอากาศ ภาพถ่ายจากดาวเทียม เราสามารถค้นหาข้อมูลและสภาวะแวดล้อมต่าง ๆ ที่ต้องการได้จากเว็บไซต์หรือจากระบบ GIS (Geographic Information System)

โปรแกรม Google Earth เป็นโปรแกรมที่เกี่ยวกับระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์อีกรูปแบบหนึ่งที่กำลังเป็นที่นิยม โดยโปรแกรม Google Earth ทำให้คนทั่วไปสนุกกับการใช้แผนที่และภาพถ่ายดาวเทียมความละเอียดสูง ซึ่งส่งผลให้ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์เป็นที่รู้จักในวงกว้างมากขึ้นอีกด้วย

เนื่องจากตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันการจัดทำแผนที่จะเป็นแผนที่ลายเส้นทั่วไป ยังไม่เคยมีการจัดทำแผนที่ทางภูมิศาสตร์โดยที่ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย ผู้วิจัยเล็งเห็นว่าการจัดทำแผนที่ภูมิศาสตร์สามารถนำมาใช้ในการดำเนินชีวิตประจำวันได้ นอกจากนี้ยังเป็นข้อมูลประกอบการตัดสินใจในการลงทุน ซึ่งผลการวิจัยที่ได้รับจะเป็นสารสนเทศที่มีประโยชน์ต่อการนำไปพัฒนาทางด้านเศรษฐกิจ การเมือง ทหาร ทั้งในระดับตำบล อำเภอ จังหวัด และระดับประเทศ

ด้วยเหตุผลที่กล่าวมาข้างต้น ผู้วิจัยจึงมีความพยายามที่จะศึกษาการประยุกต์ใช้ภาพถ่ายดาวเทียม เพื่อการสร้างแผนที่ทางภูมิศาสตร์โดยใช้กรุงเทพมหานครเป็นตัวอย่างในการวิจัย เนื่องจากเป็นสถานที่ที่มีความคมชัดเป็นส่วนใหญ่รวมทั้งสามารถให้ข้อมูลได้ถูกต้องและเชื่อถือได้มากที่สุด

ทฤษฎีที่นำมาประยุกต์ใช้

ระบบพิกัดภูมิศาสตร์ที่ใช้ในโปรแกรม Google Earth คือ Geographic coordinate (lat-long) พื้นหลักฐานคือ WGS84 และใช้ Earth Gravity Model คือ EGM96 ข้อมูลภาพถ่ายดาวเทียมประกอบด้วย ภาพถ่ายดาวเทียม Landsat 7 ขนาดความละเอียดจุดภาพ 30 เมตร ภาพถ่ายดาวเทียม IKONOS ขนาดความละเอียดจุดภาพ 1 เมตร และภาพถ่ายดาวเทียม QUICKBIRD ขนาดความละเอียดจุดภาพ 0.6 เมตร ขอมูลความสูงภูมิประเทศ (DEM) เป็นข้อมูล SRTM รายละเอียดของจุดภาพเท่ากับ 30 เมตร ความละเอียดถูกต้องแนวดิ่งประมาณ 20-30 เมตร โดยข้อมูลภาพดาวเทียมเป็นภาพที่ถ่ายในช่วง 1-3 ปี

สำหรับการแสดงผลข้อมูลเวกเตอร์ด้วย KML (Keyhole Markup Language) นั้น ปัจจุบัน KML เป็นเวอร์ชั่น 2.0 ซึ่งใช้งานกับ Google Earth client version 3 โดย KML เป็นโครงสร้างภาษา XML รูปแบบหนึ่งที่ใช้สำหรับการแสดงข้อมูลเชิงพื้นที่บนโปรแกรม Google Earth บนฝั่งไคล์เอน

XML (Extensible Markup Language) เป็นภาษาที่ใช้กำหนดรูปแบบของคำสั่งภาษา HTML หรือที่เรียกว่า Meta Data ซึ่งจะใช้สำหรับกำหนดรูปแบบของคำสั่ง Markup ต่าง ๆ แต่มีข้อแตกต่างกับ HTML ที่เป็น Markup Language โดยที่ XML นั้นได้ถูกพัฒนามาจาก SGML (Standard Generalized Markup Language) ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับการกำหนดการแสดงผลเอกสาร สำหรับการแสดงผลบนอุปกรณ์ชนิดต่าง ๆ ซึ่ง HTML นั้นก็เป็นส่วนหนึ่งของ SGML และคำสั่งหรือแท็กที่ใช้ในเอกสารจะถูกกำหนดมาตรฐาน DTD (Document Type Definition) ซึ่งเป็นภาษาที่ใช้สำหรับกำหนดคุณสมบัติต่าง ๆ ของแท็กได้ เช่น พารามิเตอร์ของแท็ก เป็นต้น การใช้งาน XML นั้น จำเป็นต้องใช้ร่วมกับ Style Sheet หรือมาตรฐานอื่น ๆ เพราะ XML เพียงแต่กำหนดรูปแบบของแท็กแต่ไม่ได้กำหนดว่าแท็กใดจะแสดงผลแบบใด เพราะเมื่อเอาข้อมูลในรูปแบบ XML ไปแสดงผลในอุปกรณ์ชนิดใดจะต้องใช้วิธีแสดงผลของอุปกรณ์นั้น เช่น ใช้มาตรฐาน SMIL สำหรับข้อมูลมัลติมีเดีย หรือใช้ Style Sheet XSL สำหรับการแสดงผลในบราวเซอร์ นอกจากนี้ XML ยังสนับสนุนตัวอักษรภาษานานาชาติ โดยใช้มาตรฐาน ISO 10646 โดยจุดมุ่งหมายของภาษา XML นั้นก็คือ ภาษาเรียบง่าย มีคำสั่งน้อยที่สุด และสามารถเขียนได้ด้วยโปรแกรมแก้ไขข้อความ (Text Editor) ได้ และสนับสนุนแอพพลิเคชันหลาย ๆ ชนิด ในปัจจุบันนี้ได้เริ่มมีการพัฒนาภาษา Markup ตามข้อกำหนดของ XML แล้ว เช่น SMIL สำหรับควบคุมข้อมูลมัลติมีเดีย

 

การศึกษาวิจัย

ใช้ภาพถ่ายดาวเทียมจากโปรแกรม Google Earth สร้างแผนที่ภูมิศาสตร์ประเทศไทย โดยใช้กรุงเทพมหานครเป็นตัวอย่างในการวิจัย เขียน VB Script สร้างไฟล์ KML เพื่อช่วยในการกำหนดพิกัดตามช่วงที่ต้องการแล้วจัดเก็บภาพมาประกอบเป็นแผนที่ขนาดใหญ่ เครื่องมือที่ใช้ในการประกอบคือโปรแกรม Photoshop และ AutoCAD เมื่อได้แผนที่ภูมิศาสตร์แล้วจึงใช้โปรแกรม SketchUp สร้างโมเดลเพื่อศึกษาผลกระทบที่เกิดขึ้นหากมีการก่อสร้างจริง โดยดำเนินการตามขั้นตอน ดังนี้

1. การหาพิจัด Lat และ Lon ของสถานที่ที่ต้องการจัดทำแผนที่ ซึ่งประเทศไทยอยู่ที่ละติจูดที่ 5˚-21˚ และลองจิจูดที่ 97˚-106˚ กรุงเทพมหานครอยู่ที่ละติจูดที่ 13.5˚-14˚ และลองจิจูดที่ 100.5˚-101˚

2. การเขียน Script ด้วยโปรแกรม Visual Basic Editor เพื่อสร้างไฟล์ KML (Keyhole Markup Language) ซึ่งเป็นโครงสร้างภาษา XML รูปแบบหนึ่งที่ใช้สำหรับการแสดงข้อมูลเชิงพื้นที่บนโปรแกรม Google Earth บนฝั่งไคล์เอน ปัจจุบัน KML เป็นเวอร์ชั่น 2.0 ซึ่งใช้งานกับโปรแกรม Google Earth client version 3 โดยเมื่อ Run Script ดังกล่าวจะได้ไฟล์ KML ที่ระบุพิกัดละติจูดและลองจิจูดออกมาจำนวนหนึ่ง

3. การเก็บรวบรวมภาพถ่ายดาวเทียมจากโปรแกรม Google Earth ซึ่งได้พิกัดมาจากไฟล์ KML โดยก่อนที่จะบันทึกรูปภาพดังกล่าวจะต้องดูรายละเอียดในส่วนต่าง ๆ ดังนี้

ส่วนของ Pointer ตำแหน่ง Lat และ Lon ต้องเป็นไปตามที่ระบุในพิกัดของไฟล์ KML ที่เปิด ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงตามตำแหน่งการชี้ของเมาส์ ดังนั้นเพื่อให้ได้พิกัดที่ถูกต้องแม่นยำ เวลาบันทึกภาพต้องขยับเมาส์ออกนอกรัศมีของภาพที่จะบันทึก จึงจะได้พิกัดตรงตามที่ต้องการ

ส่วนของ Streaming เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดและถูกต้องแม่นยำ Streaming ต้องเป็น 100 % ซึ่งจะต้องเชื่อมต่อระบบ Internet ในขณะค้นหาพิกัด

ส่วนของ Eye alt คือ ระยะห่างจากพื้นโลกในมุมมองขณะนั้น ซึ่งกำหนดไว้ที่ 500 เมตร วิธีการได้มาซึ่ง Eye alt = 500 m คือ เมื่อเปิดไฟล์ KML ที่ระบุพิกัดตามที่ต้องการแล้ว หาก Eye alt ไม่ตรงกับ 500 พอดีต้องคลิกที่ Placemark ที่ปักไว้ตรงจุดศูนย์กลางของภาพ 1 ครั้ง จะขึ้น Balloon แสดงรายละเอียดพิกัดขึ้นมา ให้คลิกเลือกปิด Balloon ดังกล่าว หลังจากนั้นให้กดปุ่ม Ctrl และปุ่ม Alt พร้อมกัน และกดปุ่มลูกศรขึ้นลงเพื่อปรับค่า Eye alt ให้ได้ที่ 500 เมตร เมื่อได้ทุกอย่างครบตามขั้นตอนที่บอกก็ให้ทำการบันทึกภาพ โดยเลือก File > Save Image ก็จะได้ภาพตามพิกัดที่ระบุไว้ในไฟล์ KML

4. การนำภาพถ่ายดาวเทียมมาประกอบเป็นแผนที่ทางภูมิศาสตร์ แบ่งออกเป็น 2 ส่วนดังนี้

1. การต่อภาพด้วยโปรแกรม Photoshop โดยต้องต่อให้เหลื่อมกันเพื่อความถูกต้องของแผนที่ เพราะภาพที่จัดเก็บมานั้นจัดเก็บให้มีความเลื่อมล้ำซึ่งกันและกัน ควรจัดเก็บเป็นไฟล์ประเภท .JPG ซึ่งขนาดของภาพที่สามารถต่อได้สูงสุดคือ 3700x16000 pixels ประกอบด้วยรูปทั้งหมด 246 รูป
   
2. การต่อภาพด้วยโปรแกรม AutoCAD ซึ่งเป็นโปรแกรมที่ไม่มีลิมิตของขนาดรูปและจำนวนรูปที่นำมาต่อกัน สำหรับการต่อด้วยโปรแกรม AutoCAD ให้คำนึงถึงวิธีการนำรูปเข้ามาเพื่อให้ได้ขนาดของรูปที่ถูกต้องมีขั้นตอนดังนี้ เลือก Insert > Image Manager > Attach และเลือกรูปที่ต้องการนำเข้ามา ขั้นตอนสุดท้ายสำหรับการนำรูปเข้าคือ ในส่วนของ Scale ให้คลิกเอาเครื่องหมายถูกออก และตัวเลขในช่องด้านล่างต้องเป็น 1 เท่านั้น คลิกปุ่ม OK เลือกวางตำแหน่งของรูปตามที่ต้องการ หรือถ้าวางแล้วคลาดเคลื่อนให้เลือกเครื่องมือ Move รูปภาพไปยังตำแหน่งที่ต้องการให้ถูกต้อง

5. การทดลองสร้างแบบจำลองโมเดลลงบนแผนที่ทางภูมิศาสตร์ เพื่อการวางแผนประกอบการตัดสินใจในด้านต่าง ๆ ด้วยโปรแกรม SketchUp ซึ่งเมื่อสร้างโมเดลเสร็จเรียบร้อยแล้วสามารถนำโมเดลดังกล่าวไปวางที่โปรแกรม Google Earth ได้ทันที

ผลการศึกษาวิจัย

จากการศึกษาวิจัยในครั้งนี้ ได้สร้างแผนที่ภูมิศาสตร์ประเทศไทย โดยใช้กรุงเทพมหานครเป็นตัวอย่างในการวิจัย เนื่องจากเป็นสถานที่ที่มีความคมชัดเป็นส่วนใหญ่รวมทั้งสามารถให้ข้อมูลได้ถูกต้องและเชื่อถือได้มากที่สุด โดยได้แผนที่กรุงเทพมหานครประกอบด้วยรูปขนาด 0.45x0.35 กิโลเมตร (736x586 pixels) จำนวนทั้งหมดประมาณ 40,000 รูป ซึ่งการเก็บภาพแผนที่ภูมิศาสตร์ให้ได้ครอบคลุมในพื้นที่กว้าง ๆ ต้องใช้เวลาในการจัดเก็บมาก ดังนั้นควรมีการกำหนดขอบเขตในการจัดเก็บให้ชัดเจน นอกจากนี้การ Update แผนที่ภูมิศาสตร์ในโปรแกรม Google Earth ยังขึ้นอยู่กับผู้ผลิตโปรแกรมซึ่งส่วนใหญ่จะเน้นการ Update ในต่างประเทศ ดังนั้นควรมีการหาแผนที่ภูมิศาสตร์ของประเทศไทยจากแหล่งอื่นด้วย เช่น จากโปรแกรม Point Asia เป็นต้น

สรุปผลการศึกษาวิจัยและข้อเสนอแนะ

แผนที่ที่มีรายละเอียดทางภูมิศาสตร์เพิ่มเข้ามา สามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์กับผู้ใช้ได้มากกว่าแผนที่ในลักษณะลายเส้นทั่วไป เพราะผู้ใช้สามารถเข้าใจได้ว่าพื้นที่ที่สนใจมีจุดสังเกตที่เด่นชัดอะไรบ้าง และด้วยความเหมือนจริงเพราะเป็นภาพถ่ายทางอากาศทำให้ระยะทางหรือองศาการโค้งของถนนไม่ผิดเพี้ยนไปจากความจริง นอกจากนี้แผนที่ภูมิศาสตร์จากโปรแกรม Google Earth ยังสามารถเข้าดูได้ทั่วทุกแห่งในโลกโดยไม่เสียค่าใช้จ่ายใด ๆ ทั้งนี้การเก็บภาพจากแผนที่ภูมิศาสตร์ออกมาประกอบเป็นแผนที่ขนาดใหญ่ ยังช่วยอำนวยความสะดวกในการค้นหาเส้นทาง หรือพื้นที่ที่สนใจขณะอยู่นอกสถานที่โดยไม่ต้องอาศัยอุปกรณ์ต่าง ๆ อีกด้วย และสำหรับโมเดลที่จำลองขึ้นบนแผนที่ทางภูมิศาสตร์ช่วยประกอบการตัดสินใจได้ในระดับพอใช้ เนื่องจากต้องคำนึงถึงสภาพแวดล้อมต่าง ๆ เป็นองค์ประกอบด้วย

เอกสารอ้างอิง

• ชัยภัทร เนื่องคำมา “การประยุกต์ใช้ Google Earth กับงานสารสนเทศภูมิศาสตร์ ตอนที่ 1 หน้า 1-2
• http://www.gisthai.org/about-gis/vactor-gis.html
• http://www.bmaeducation.in.th/content_view.aspx?con=527