โกลบอล วิชั่น มีเดีย โฟกัส
บริษัทดังกล่าวได้รับการนำเสนอในรายการ CCTV รวมทั้งหมด 15 ครั้ง และเข้าถึงผู้ชมรวมกว่า 50 ล้านคนผ่านสื่อของพรรค สื่อส่วนกลาง และสื่อทางการท้องถิ่น
การเปรียบเทียบวิธีการสกัดน้ำโดยใช้ภาพถ่ายดาวเทียมไฮเปอร์สเปกตรัม
ภูมิหลังและบทนำ
ทรัพยากรน้ำเป็นหนึ่งในทรัพยากรธรรมชาติที่มีค่าที่สุดสำหรับมนุษยชาติ แม้ว่าประเทศของฉันจะอยู่ในอันดับที่สี่ของโลกในด้านปริมาณน้ำจืดทั้งหมด แต่ปริมาณน้ำต่อหัวประชากรกลับมีเพียงหนึ่งในสี่ของค่าเฉลี่ยทั่วโลก การใช้เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลเพื่อเก็บรวบรวมข้อมูลแบบไดนามิกเกี่ยวกับแหล่งน้ำบนบกได้อย่างแม่นยำและรวดเร็ว เป็นวิธีการทางเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสำรวจทรัพยากรน้ำและการเฝ้าระวังพื้นที่
ปัจจุบันมีการวิจัยเกี่ยวกับการสกัดข้อมูลแหล่งน้ำอยู่เป็นจำนวนมาก โดยแหล่งข้อมูลส่วนใหญ่เป็นข้อมูลแบบมัลติสเปกตรัม มีวิธีการต่างๆ มากมายสำหรับการสกัดแหล่งน้ำประเภทต่างๆ และภูมิภาคต่างๆ ซึ่งแต่ละวิธีก็มีข้อดีของตัวเอง อย่างไรก็ตาม การวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ในข้อมูลดาวเทียมไฮเปอร์สเปกตรัมยังค่อนข้างจำกัด ดังนั้น บทความนี้จึงเปรียบเทียบและวิเคราะห์วิธีการสกัดแหล่งน้ำต่างๆ โดยใช้ดาวเทียม Xi'an Optics-1 05 (หรือที่รู้จักกันในชื่อดาวเทียม Tianxianpei)
วิธีการและหลักการ
กรณีศึกษาชิ้นนี้ใช้ภาพไฮเปอร์สเปกตรัมของเมืองเหวยฟางที่ถ่ายโดยดาวเทียมซีกวง-1 05 (เทียนเซียนเป่ย) เมื่อวันที่ 21 พฤษภาคม 2568 เพื่อแยกแหล่งน้ำ และเปรียบเทียบและวิเคราะห์วิธีการต่างๆ โดยอิงจากผลลัพธ์ที่ได้
ตารางที่ 1. ข้อมูลเบื้องต้น
ในกรณีนี้ การคำนวณดัชนีจะใช้ข้อมูลค่าการสะท้อนแสงระดับ L2C ที่ได้รับการแก้ไขทางบรรยากาศแล้ว ขั้นตอนการดำเนินการโดยละเอียดมีดังนี้:
1. การประมวลผลข้อมูลเบื้องต้น
(1) การสอบเทียบทางรังสี: ข้อมูลค่า DN เดิมจะถูกแผ่รังสีโดยใช้สัมประสิทธิ์การสอบเทียบทางรังสีที่ให้ไว้โดยค่าความสว่างเพื่อให้ได้ข้อมูลความสว่างที่ปรากฏ สามารถทำได้โดยใช้เครื่องมือสอบเทียบทางรังสีใน ENVI
(2) การแก้ไขบรรยากาศ: การแก้ไขบรรยากาศดำเนินการโดยใช้เครื่องมือแก้ไขบรรยากาศตามแบบจำลอง 6S หรือ MODTRAN เพื่อให้ได้ข้อมูลการสะท้อนแสงพื้นผิว เช่น เครื่องมือแก้ไขบรรยากาศ FLAASH ใน ENVI
(3) การปรับเรียบสเปกตรัม: ใน ENVI จะใช้อัลกอริธึม Savitzky-Golay (SG) ในการปรับเรียบข้อมูลการสะท้อนแสงของพื้นผิว ซึ่งจะช่วยลดสัญญาณรบกวนสเปกตรัมและเพิ่มความน่าเชื่อถือของการจำแนกประเภทในภายหลัง คุณสามารถใช้เครื่องมือส่วนขยาย Savitzky-Golay Filter ใน App Store ของ ENVI หรือเครื่องมือ THOR Spectral Smoothing ที่มีอยู่แล้ว เมื่อใช้ Savitzky-Golay Filter พารามิเตอร์จะถูกตั้งค่าดังนี้:
(4) การลงทะเบียนภาพ (ไม่บังคับ): การลงทะเบียนทางภูมิศาสตร์จะดำเนินการกับข้อมูลที่ประมวลผลแล้วโดยอิงจากแผนที่ฐาน การลงทะเบียนสามารถทำได้ใน ENVI, qgis หรือ arcgis แนะนำให้ใช้ Google Imagery เป็นแผนที่อ้างอิง
2. การสกัดน้ำ
(1) วิธีการกำหนดเกณฑ์แบบแถบเดียว
วิธีการกำหนดเกณฑ์แบบแถบคลื่นเดี่ยว หมายถึงการเลือกแถบคลื่นเฉพาะและแยกตัวอย่างน้ำโดยการตั้งค่าเกณฑ์ที่เหมาะสม เกณฑ์ดังกล่าวถูกกำหนดไว้ดังนี้:
ในสูตร RNIR แทนค่าการสะท้อนแสงอินฟราเรดใกล้ และ δ คือค่าเกณฑ์ เมื่อค่าการสะท้อนแสง ≥ δ จะถือว่าวัตถุนั้นไม่ใช่น้ำ และเมื่อค่าการสะท้อนแสง
(2) ดัชนีน้ำความแตกต่างปกติ (NDWI)
ขอบเขตของแหล่งน้ำถูกแยกออกมาโดยใช้วิธีดัชนีสเปกตรัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดัชนีความแตกต่างของน้ำแบบนอร์มาไลซ์ (NDWI) ถูกคำนวณจากภาพสะท้อนแสงพื้นผิวที่ประมวลผลโดย FLASH จากนั้น กำหนดค่าเกณฑ์ตามฮิสโตแกรมของภาพ NDWI เพื่อทำการสกัดแหล่งน้ำให้เสร็จสมบูรณ์ สูตรการคำนวณมีดังนี้:
(3) ดัชนีน้ำเงาที่ปรับปรุงแล้ว (MSWI)
ดัชนีน้ำใต้ร่มเงาแบบปรับปรุง (Modified Shade Water Index: MSWI) เป็นแบบจำลองอัตราส่วนที่อิงตามดัชนีน้ำใต้ร่มเงา (Shade Water Index) ซึ่งช่วยปรับปรุงการแยกแยะระหว่างเงาและแหล่งน้ำ สูตรการคำนวณมีดังนี้:
กำหนดค่าเกณฑ์ไว้ที่ 0; ค่าที่มากกว่า 0 บ่งชี้ถึงแหล่งน้ำ ในขณะที่ค่าอื่นๆ ถือเป็นพื้นหลัง
(4) ดัชนีน้ำถ่วงน้ำหนักแบบครอบคลุม (CWWI)
ดัชนีน้ำแบบถ่วงน้ำหนักเชิงบูรณาการ (CWWI) ใช้ความยาวคลื่นสามช่วง ได้แก่ สีน้ำเงิน สีเขียว และอินฟราเรดใกล้ และกำหนดน้ำหนักที่แตกต่างกันให้กับแต่ละช่วงคลื่นเพื่อสร้างการผสมผสานของช่วงคลื่น วิธีนี้ช่วยแยกแยะแหล่งน้ำออกจากพื้นที่ที่ไม่ใช่น้ำได้ดียิ่งขึ้น โดยเน้นความแตกต่างในการสะท้อนและการดูดซับของน้ำ คำจำกัดความมีดังนี้:
(5) ดัชนีอาคารเงา (SBI)
ดัชนีอาคารบังเงา (Shaded Building Index: SBI) ใช้ในการแยกแหล่งน้ำโดยการคูณค่า NDWI และแถบคลื่นอินฟราเรดใกล้ และเลือกค่าเกณฑ์ การใช้เพียงค่า NDWI อย่างเดียวอาจทำให้เกิดความสับสนระหว่างเงาและแหล่งน้ำ ส่งผลให้เกิดสัญญาณรบกวนและสิ่งเจือปนจำนวนมาก ในพื้นที่ศึกษา ค่า NDWI ของลักษณะภูมิประเทศทั่วไป เรียงจากสูงสุดไปต่ำสุด ได้แก่ แหล่งน้ำ อาคาร เงาภูเขา และพืชพรรณ โดยความสว่างลดลงตามลำดับ แหล่งน้ำและอาคารมีความสว่างใกล้เคียงกัน แสดงให้เห็นถึงการทับซ้อนกันของค่าอย่างมีนัยสำคัญ แหล่งน้ำแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากลักษณะภูมิประเทศอื่นๆ ในแถบคลื่นอินฟราเรดใกล้ โดยค่าการสะท้อนแสงจากสูงสุดไปต่ำสุด ได้แก่ พืชพรรณ เงาภูเขา อาคาร และแหล่งน้ำ ดังนั้น สูตรสำหรับ SBI คือ:
ในสูตร NDWI คือดัชนีความแตกต่างของน้ำแบบนอร์มาไลซ์ (Normalized Difference Water Index) และ RNIR คือค่าการสะท้อนแสงอินฟราเรดใกล้ (Near-Infrared Reflectance) การคูณ NDWI ด้วยกำลังสองของแถบอินฟราเรดใกล้จะทำให้ความแตกต่างเชิงตัวเลขระหว่างแหล่งน้ำและลักษณะภูมิประเทศอื่นๆ มีค่าสูงสุด ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การระบุค่าระดับสีเทาและการแยกแหล่งน้ำมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกำจัดความทับซ้อนระหว่างค่าระดับสีเทาของแหล่งน้ำและอาคาร
การแสดงผลลัพธ์
รูปที่ 1. ภาพถ่ายสีจริงของดาวเทียมซีกวง-1 05 (เทียนเซียนเป่ย) 20250521
การเปรียบเทียบเส้นโค้งสเปกตรัมของลักษณะภูมิประเทศต่างๆ ก่อนและหลังการกรอง SG (ค่าการสะท้อนแสงเพิ่มขึ้น 10,000 เท่า ดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250521)
รูปที่ 2. เส้นโค้งสเปกตรัมของลักษณะภูมิประเทศต่างๆ หลังจากการกรอง SG
การสกัดข้อมูลแหล่งน้ำข้างต้นดำเนินการบนดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpei) เพื่อลดอิทธิพลของเกณฑ์การแทรกแซงของมนุษย์ให้น้อยที่สุด เกณฑ์สำหรับทุกวิธี ยกเว้นวิธีแถบความถี่เดียว ถูกตั้งค่าเป็น 0 ส่งผลให้ได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:
รูปที่ 3 แผนที่แสดงการกระจายตัวของน้ำที่ได้จากการวิเคราะห์ข้อมูลจากดาวเทียมแถบคลื่นเดี่ยว Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250521
รูปที่ 4 แผนที่การกระจายน้ำ NDWI ดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250521
รูปที่ 5 แผนที่การกระจายน้ำของ MSWI ดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250521
รูปที่ 6 แผนที่การกระจายน้ำของ CWWI ดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250521
รูปที่ 7 แผนที่การกระจายน้ำของ SBI ดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250521
ดังที่แสดงในผลการกระจายการสกัดแหล่งน้ำข้างต้นและตารางที่ 2 การสกัดโดยใช้เกณฑ์แถบความถี่เดียวมีความละเอียดและครอบคลุมพื้นที่มากกว่าวิธีอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนทางใต้ของแม่น้ำ Quhe ในอ่างเก็บน้ำ Xiashan ซึ่งแหล่งน้ำมีความต่อเนื่องค่อนข้างมากและสามารถมองเห็นการไหลลงสู่เขตเมืองได้อย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม วิธีอื่นๆ แสดงให้เห็นถึงความไม่ต่อเนื่องในบริเวณตอนล่างของแม่น้ำ Quhe นอกจากนี้ การสกัดโดยใช้เกณฑ์แถบความถี่เดียวมีประสิทธิภาพในการสกัดแหล่งน้ำขนาดเล็ก แต่ต้องพึ่งพาการตั้งค่าเกณฑ์เป็นอย่างมากและต้องมีการแทรกแซงด้วยตนเอง ในบรรดาวิธีการสกัดแหล่งน้ำอีกสี่วิธี วิธี NDWI และ SBI ให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันมาก ในขณะที่วิธี MSWI และ CWWI ทำงานได้ดีกว่าในแหล่งน้ำขนาดใหญ่ แต่อาจพลาดแหล่งน้ำขนาดเล็กไปได้
ตารางที่ 2 ตารางสถิติแสดงพื้นที่ผิวน้ำที่สกัดได้ด้วยวิธีการต่างๆ