ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศ
สิงหาคม 29th, 2006 | 
Author: ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศ
ดวงอาทิตย์ เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน ได้ส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ผ่านบรรยากาศสู่พื้นผิวโลกและสะท้อนผ่านบรรยากาศกลับสู่เครื่องรับสัญญาณ เป็นเหตุให้ลักษณะของบรรยากาศโลกเป็นปัจจัยมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงไปทั้งขนาดและทิศทาง ทั้งนี้อนุภาคที่อยู่ในชั้นบรรยากาศซึ่งประกอบไปด้วย ฝุ่นละออง ไอน้ำ และก๊าซต่าง ๆ จะทำปฏิสัมพันธ์กับพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 3 กระบวนการ คือ การดูดกลืน การหักเห และการกระจัดกระจาย ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้
แหล่งพลังงานและการแผ่รังสี
แหล่งพลังงานและการแผ่รังสี (Energy Sources and Radiation)
แสงสว่างเป็นรูปหนึ่งของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งแผ่รังสีเป็นไปตามทฤษฎีของคลื่น ส่วนพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้น สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีอนุภาค (Particle Theory) กล่าวคือ การแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยหน่วยอิสระที่เรียกว่า โฟตอน (Photon) หรือควอนต้า (Quanta) พลังงานแต่ละควอนต้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของคลื่น ดังนี้
พลังงานเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่น คือ ความยาวคลื่นมากให้พลังงานต่ำ ซึ่งมีความสำคัญในการสำรวจข้อมูลระยะไกล เช่น ไมโครเวฟจากพื้นโลก จะยากต่อการบันทึกมากกว่าพลังงานในช่วงคลื่นสั้นกว่า ฉะนั้น การบันทึกพลังงานช่วงคลื่นยาว ต้องบันทึกพลังงานในบริเวณกว้างและใช้เวลานานพอ
ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับงานรีโมทเซนซิง
ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่ส่งผ่านจากดวงอาทิตย์โดยการแผ่รังสี พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบไปด้วย สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า โดยที่ทิศทางของสนามไฟฟ้าและทิศทางของสนามแม่เหล็ก มีการเคลื่อนที่ของคลื่นตั้งฉากซึ่งกันและกัน (แบบฮาร์โมนิค (Hamonic) คือ มีช่วงซ้ำและจังหวะเท่ากันในเวลาหนึ่งและมีความเร็วเท่าแสง) ซึ่งมีความสัมพันธ์กันดังนี้
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบไปด้วยคลื่นที่มีความยาวช่วงคลื่นในหลากหลายช่วงคลื่น ตั้งแต่สั้นที่สุดไปจนถึงยาวที่สุด ซึ่งในแต่ละช่วงคลื่นจะมีคุณสมบัติเฉพาะตัว
ความยาวคลื่นและความถี่คลื่นมีความสัมพันธ์กันแบบผกผัน กล่าวคือ ถ้าความยาวคลื่นมาก ความถี่จะน้อย หรือความยาวคลื่นน้อย ความถี่จะมาก โดยทั่วไป หน่วยวัดความยาวคลื่นที่ใช้ในงานรีโมทเซนซิง มักใช้เป็น ไมโครเมตร
ตาราง แสดงประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ประเภทของรีโมทเซนซิง
ประเภทของรีโมทเซนซิง
ระบบรีโมทเซนซิง ได้แบ่งประเภทของการสำรวจระยะไกลออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ตามแหล่งกำเนิดพลังงาน คือ
1. ระบบพาสซีฟ (Passive remote sensing) เป็นระบบที่นิยมใช้ ในกระบวนการรีโมทเซนซิง โดยมีแหล่งพลังงานที่เกิดตามธรรมชาติ คือดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่เรียกว่า Electro-Magnetic – EM ซึ่งทำหน้าที่เสมือนสื่อการส่งผ่านระหว่างวัตถุเป้าหมายและอุปกรณ์บันทึกข้อมูล ระบบนี้จะรับและบันทึกข้อมูลส่วนใหญ่ในเวลากลางวัน เพราะจำเป็นต้องอาศัยพลังงาน EM จากดวงอาทิตย์ เพื่อให้วัตถุภาคพื้นดินสะท้อนกลับสู่บรรยากาศ แล้วใช้ Sensor ในการตรวจวัดพลังงานการสะท้อนนั้น ดังนั้นในระบบพาสซีฟ จึงไม่เหมาะกับการรับข้อมูลในช่วงฤดูฝนเนื่องจากมีข้อจำกัดด้านสภาวะอากาศ จากเมฆ หมอก และฝน เพราะไม่ทะลุเมฆ
2. ระบบแอคทีฟ (Active remote sensing) เป็นระบบที่แหล่งพลังงานเกิดจากการสร้างขึ้นแล้วจึงส่งผ่านพลังงานไปยังวัตถุเป้าหมาย จึงสามารถใช้ได้ทั้งเวลากลางวันและกลางคืน เช่น ระบบเรดาร์ (radar) ซึ่งใช้เครื่องมือในการสร้างพลังงานช่วงคลื่นไมโครเวฟ และระบบไลดาร์ (lidar) ซึ่งสร้างพลังงานในช่วงคลื่นวิทยุ หรือลำแสงเลเซอร์ หลักการทำงานของระบบนี้จะเป็นการส่งผ่านพลังงานไปยังพื้นที่เป้าหมายแล้วสะท้อนกลับ (backscattered) มายังเครื่องรับสัญญาณ ระบบนี้จึงไม่มีข้อจำกัดด้านเวลาและสภาวะอากาศ เนื่องจากช่วงคลื่นดังกล่าวจะเป็นช่วงคลื่นยาวที่สามารถทะลุทะลวงผ่านเมฆ หมอก และฝนได้ อย่างไรก็ตามข้อมูลที่ได้จากทั้งสองระบบสามารถนำมาใช้ในการแปลตีความร่วมกันได้ จึงเป็นการเพิ่มศักยภาพในการแปลและลดปัญหาในการรับข้อมูลในพื้นที่ซึ่งมีข้อจำกัดด้านเวลาและสภาวะอากาศ
หลักการและกระบวนการรีโมทเซนซิง (การสำรวจข้อมูลจากระยะไกล)
หลักการและกระบวนการรีโมทเซนซิง (การสำรวจข้อมูลจากระยะไกล)
รีโมทเซนซิง เกิดจากหลักการในการใช้สื่อใน 3 ส่วน คือ ช่วงคลื่น (Spectral), รูปทรงสัณฐาน (Spatial) และการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา (Temporal) เพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลที่สนใจศึกษาในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ โดยไม่ต้องไปสัมผัสกับวัตถุนั้น
เมื่อดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของพลังงาน ปล่อยพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Spectral) ออกมายังวัตถุที่พื้นผิวโลก ซึ่งมีลักษณะที่แตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่ (Spatial) เช่น ได้แก่ น้ำ ต้นไม้ สิ่งปลูกสร้าง หรือพื้นดินว่างเปล่า ในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ (Temporal) วัตถุแต่ละประเภทจะสะท้อนหรือแผ่รังสีที่เป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละวัตถุ ซึ่งมีลักษณะที่แตกต่างกันในแต่ละประเภทออกไป และ Sensor จะรับ/บันทึกพลังงานที่วัตถุนั้น ๆ ส่งมา ทำให้เราสามารถแปล/ตีความได้ว่าวัตถุนั้น ๆ คืออะไร
ขั้นตอนการสำรวจทางรีโมทเซนซิง
การได้รับข้อมูล (Data acquisition) เป็นกระบวนการบันทึกพลังงานที่สะท้อนหรือส่งผ่านของวัตถุโดยเครื่องมือบันทึกข้อมูลบนยานสำรวจ (platform) แล้วส่งข้อมูลเหล่านั้นไปยังสถานีรับสัญญาณภาคพื้นดิน เพื่อผ่านกรรมวิธีการผลิตเป็นข้อมูล ซึ่งข้อมูลผลลัพธ์อยู่ได้ทั้งในรูปแบบของภาพถ่ายและข้อมูลเชิงตัวเลข ประกอบไปด้วย
1) แหล่งพลังงาน คือ ดวงอาทิตย์
2) การเคลื่อนที่ของพลังงาน (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ผ่านชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งจะมีพลังงานบางส่วนต้องเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพของชั้นบรรยากาศโลก
3) ลักษณะผิวหน้าของโลก ซึ่งพลังงานที่ผ่านชั้นบรรยากาศมาแล้วจะทำปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิวโลก
4) ระบบถ่ายภาพหรือระบบการบันทึกข้อมูล ซึ่งความละเอียดของภาพขึ้นกับระดับความสูงของวงโคจร ความสามารถของระบบที่บันทึก และสภาพบรรยากาศของโลกขณะพลังงานสะท้อนกลับ
5) ผลิตภัณฑ์ข้อมูล เป็นข้อมูลที่ได้รับทั้งในแบบข้อมูลเชิงตัวเลขและรูปภาพ
การวิเคราะห์ข้อมูล (Data analysis)
ประกอบด้วยการวิเคราะห์ข้อมูล การแปลตีความ การผลิต และการนำไปใช้
6) กระบวนการแปลภาพ ซึ่งอาจใช้ทั้งวิธีด้วยสายตา และ/หรือ ด้วยคอมพิวเตอร์
7) ผลิตภัณฑ์สารสนเทศ
8) ผู้ใช้
ประโยชน์รีโมทเซนซิง
รีโมทเซนซิง ได้นำมาใช้ประโยชน์ในการพัฒนาประเทศหลายด้าน ซึ่งเราสามารถประยุกต์ใช้ในงานต่างๆ เช่น
การใช้ที่ดิน
· รีโมทเซนซิง สามารถใช้แปล รูปแบบการใช้ที่ดินประเภทต่างๆ และนำผลลัพธ์ที่ได้มาจัดทำแผนที่การใช้ที่ดิน
· รีโมทเซนซิง นำมาใช้สนับสนุนติดตามและประเมินแนวโน้มการใช้ที่ดินประเภทต่างๆ เช่น ด้านการเกษตร พื้นที่ป่าไม้ เป็นต้น
นิยามและความหมายรีโมทเซนซิง
รีโมทเซนซิง
มีความหมายอย่างไร
ถ้าไปค้นจากคำศัพท์ราชบัณฑิต มีความหมายที่จะแปลได้ว่า
remote sensing =
การรับรู้จากระยะไกล
remote sensing imagery =
ภาพบันทึกการรับรู้จากระยะไกล
หรืออาจจะใช้ทับศัพท์ภาษาอังกฤษว่า "รีโมทเซนซิง"
ถ้าเป็นความหมายในทางวิชาการได้มีผู้ได้นิยามไว้ดังนี้
Lillesand et al. (2004; หน้า 1)
ได้ให้นิยามไว้ว่า “Remote sensing is the science and art of obtaining information about an object, area, or phenomenon through the analysis of data acquired by a device that is not in contact with the object, area, or phenomenon under investigation.”
ซึ่งมีความหมายว่า รีโมทเซนซิง คือ วิทยาศาสตร์และศิลปะในการหาข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งต่างๆ พื้นที่และปรากฏการณ์ต่าง ๆ ด้วยการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากเครื่องมือที่ใช้เก็บข้อมูล โดยไม่ต้องสัมผัสกับสิ่งต่าง ๆ กับพื้นที่ และปรากฏการณ์ที่ต้องการจะศึกษานั้น
ภาพถ่ายจากดาวเทียม Satellite Image
ภาพถ่ายจากดาวเทียม Satellite Image
เป็นภาพถ่ายจากระยะไกลที่บันทึกด้วยเครื่องมือระบบรีโมทเซนซิงจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ ที่โคจรอยู่รอบโลก ซึ่งเป็นการสำรวจระยะไกล แล้วดาวเทียมสำรวจทรัพยากรได้บันทึกสิ่งปกคลุมดินที่สะท้อนค่าจากพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electro-Megnetic) แล้วถ่ายทอดสัญญาณลงมายังสถานีรับสัญญาณดาวเทียม ในประเทศไทย สถานีรับอยู่ที่เขตลาดกระบัง และบันทึกภาพลงอุปกรณ์เพื่อใช้แปลสภาพสิ่งปกคลุมดิน หรือสถานการณ์ต่างๆ บนภาคพื้นดิน และได้ถูกนำไปใช้ในงานด้านต่างๆ ทั้งในหน่วยงานราชการ เอกชน และ NGOs
49อบรม_กรมอุตุนิยมวิทยา
ศูนย์วิจัยระบบภูมิสารสนเทศเพื่อการพัฒนาท้องถิ่น ร่วมกับ หน่วยราชการ ได้แก่
กรมอุตุนิยมวิทยา ในการจัดโครงการฝึกอบรม
“เรียนรู้ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ด้วยโปรแกรม ArcGIS : ArcView 9.1 เพื่อจำลองข้อมูล 3 มิติ”
โดยมุ่งเน้นการจำลองปริมาณน้ำฝน การจำลองอุทกศาสตร์ของลุ่มน้ำ และการวิเคราะห์ผลลุ่มน้ำ
ในวันที่ 7-9 ส.ค. 49 ที่ผ่านมา
49อบรม_สำนักอนุรักษ์และจัดการต้นน้ำ
สำนักอนุรักษ์และจัดการต้นน้ำ, กรมอุทยานแห่งชาติ สัตว์ป่า และพันธุ์พืช ได้จัดโครงการฝึกอบรม “ระบบภูมิสารสนเทศเพื่อการจัดการลุ่มน้ำ” โดยประยุกต์ใช้งานจากโปรแกรม ArcGIS 9.1 จำนวน 2 รุ่น คือ ในระหว่าง
วันที่ 5-9 มิถุนายน 2549 และ
3-7 กรกฎาคม 2549 ที่ผ่านมา
ได้เสร็จสิ้นภารกิจลงด้วยดี และหวังว่าผู้เข้าร่วมสัมมนาจะได้นำความรู้ไปใช้ประโยชน์ต่อการพัฒนาประเทศต่อไป
49อบรม_องค์การสวนยาง
สัปดาห์ที่ผ่านมา (1-3 มีนาคม 2549) ทีมงานศูนย์วิจัยระบบภูมิสารสนเทศเพื่อการพัฒนาท้องถิ่นฯ (ภาควิชาเทคโนโลยีชนบท) ร่วมกับองค์การสวนยาง (14 จังหวัดภาคใต้ และ 3 จังหวัดภาคตะวันออก) ได้ร่วมแลกเปลี่ยนความรู้และประสบการณ์ เรื่อง
“การใช้เครื่อง GPS และการนำเข้าข้อมูลGPS และ GIS ด้วยโปรแกรม ArcGIS : ArcView 9.1”
ให้กับบุคลากร ขององค์การสวนยาง โดยจัดที่ ห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ ตำบลไทยบุรี อำเภอท่าศาลา จ.นครศรีธรรมราช มีผู้เข้าร่วมประมาณ 70 ท่านซึ่งมาจากหน่วยงานที่ปฏิบัติงานโครงการแปลงสวนยางเป็นทุนของทสจ. สกย. / อ.ส.ย.ผู้ปฏิบัติงานภาคสนามโครงการ แปลงสวนยางเป็นทุน /
ได้จัดไปเมื่อวันที่ 1-3 มีนาคม 2549
หลักสูตรที่ “การใช้เครื่อง GPS และการนำเข้าข้อมูลGPS และ GIS ด้วยโปรแกรม ArcGIS : ArcView 9.1”
การนำเข้าข้อมูล ด้วย GPS และแปลงสู่ระบบ GIS
การนำเข้าข้อมูลเวกเตอร์ แปลงสวนยางพารา
การสร้างตาราง Attribute คำนวนพื้นที่แปลงสวนยาง และการทำ HyperLink
การแสดงผลแผนที่ และการจัดเตรียมแผนที่ก่อนพิมพ์ Layout
gis2me20020509
หลังจากที่ผู้จัดทำได้จบการศึกษาปริญญาตรีที่ ภาควิชาเทคโนโลยีชนบท มีความรู้งูๆ ปลาๆ ด้าน GIS โดยโชคดีที่ได้ฝึกงานด้าน GIS ที่กรมพัฒนาที่ดิน ในสมัยนั้นมี อาจารย์มนู โอมะคุป เป็นผู้อำนวยการอยู่ เลยเกิดความสนใจ
ต่อมาก็ได้เข้าศึกษาต่อด้าน Remote Sensing and Geographic Information Systems ที่ Asian Institute of Technology (AIT) โดยมี รองศาสตราจารย์ ดร. แก้ว นวลฉวี ได้เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา
ที่ AIT ก็ช่างดีแสนดี สอนให้เราใช้ได้ทุก Software ทั้งด้าน GIS (Arc/Info, PC Arc/Info, IDRISI, SPAN และ ArcView) และ Remote Sensing (ENVI, ERDAS Imagine, ER Mapper, PCI EasyPace และ IDRISI) ซึ่งแต่ละซอฟท์แวร์มีคุณสมบัติที่ไม่เท่าเทียมกัน พูดง่ายๆ ว่า ดีกันคนละอย่าง
ยิ่งมาเจอกับข้อมูลปริมาณมากๆ ยิ่งพบว่า GIS ถ้าต้องการทำงานบน PC ต้องตัดทอนด้วยระดับอำเภอ แล้วค่อยเอามาต่อกันเป็นส่วน Jigsaw ส่วน Remote Sensing เจอทั้ง Optical data และ Microwave data ยิ่งมันส์เข้าไปกันใหญ่
ได้เรียนรู้ ยิ่งรู้ด้าน Remote Sensing และ GIS มากขึ้นเท่าไร ยิ่งรู้ว่า ช่างห่างไกลกับชนบทเหลือเกิน ความรู้มันช่างลึกซึ้ง ทั้งศาสตร์และศิลป์ ทั้งสังคมศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ รวมถึงวิศวกรรมศาสตร์ ช่างผสมผสานกันได้อย่างลงตัว
ซึ่งเข้ากับปรัชญาที่ภาควิชาเทคโนโลยีชนบท ได้สอนมาตั้งแต่ผมอยู่ปริญญาตรี
ทำอย่างไร ถึงจะทำให้วิชาด้าน Remote Sensing และ GIS รวมถึง GPS เข้าไปอยู่ในชีวิตประจำวันของชุมชน หรือชาวบ้าน หรือผู้นำหมู่บ้าน ที่กำหนดนโยบาย หรือการพัฒนาชุมชน นั้นเป็นสิ่งที่ได้คิดฝัน
เลยได้ทดลองเปิดหลักสูตรวิชาด้าน GIS และ Remote Sensing ให้กับนักศึกษาภาควิชาเทคโนโลยีชนบท และพยายามถ่ายทอดให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในชุมชน หรือการพัฒนา ไม่ว่าจะเป็นที่ใดๆ ในประเทศไทย (เมืองหรือชนบท) ก็ใช้ได้เหมือนกันหมด
โชคดีที่ตำรา หรือหนังสือ ที่เกี่ยวข้องด้าน GIS + Remote Sensing ฉบับภาษาไทยพอมีอยู่เป็นแนวทางในการพัฒนาหลายๆ เล่ม ก็เลยลองพัฒนาให้เหมาะสมดู
จนกลายมาเป็น ศูนย์รวม “แฟนพันธุ์แท้” เว็บจีไอเอสทูมีอย่างที่ทุกท่านได้เข้ามาเยี่ยมชม และยังต้องได้รับการพัฒนาเรื่อยๆ ต่อๆ ไปตราบที่ยังมีแรงกายและแรงใจอันนี้
และที่สำคัญคือผู้ที่เข้ามาเยี่ยมชม แล้วได้สาระจาก website นี้ไปบ้าง ก็รู้สึกชื่นใจแล้ว สำหรับผู้จัดทำ ต้องขอขอบพระคุณทุกท่านเป็นอย่างสูง
webmaster_gis2me
รศ.สุเพชร จิรขจรกุล
วันเริ่มจดทะเบียน 9 พ.ค. 45