ข้อมูลพื้นผิว Surtace data เป็นการต่อเนื่องของจุด โดยแต่ละจุดมีค่าแตกต่างกัน
เช่นจุดคความสูง อุณหภูมิ และปริมาณน้ำฝนเป็นต้น ในทางปฏิบัติแล้วเป็นไปได้ยาก
ที่เราจะเก็บข้อมูลจากจุดทุกจุด
ดังนั้นการทำการสร้าง แบบจำลองพื้นผิว การประมาณค่าช่วง
เป็นการทำนายค่าให้เป็นเซลล์ในลาสเตอร์ การประเทินค่าช่วงของข้อมูลจุดมีหลายวิธี ดังนี้
- IDW เหมาะกับค่าความสัมพันของระยะทาง
เช่น เสียงกับระยะทาง หรือ ความเข้มข้นของสารเคมี
- Natural Neighbors
เหมาะกับตัวอย่างที่มีการกระจ่ายตัวแบบไม่แน่นอน / กระจ่ายตัวแบบไม่สม่ำเสมอ
- Spline แทรงค่าพอดีกับพื้นผิวที่มีความโค้วเว้าอย่างน้อยตามจุดข้อมูลตัวอย่างที่นำเข้าข้อมูลที่เหมาะสมคือข้อมูลที่มีความเปลี่ยนแปลงข้อมูลแบบค่อยเป็นค่อยไป
เช่น อุณหภูมิ ปริมานน้ำฝน มี 2 แบบคือ Regularized
spline และ Tension spline
- Kriging ใช้หลักการทางสถิติเข้ามาเกี่ยวข้อง มีความถูกต้องสูง
มีการกระจ่ายตัวสม่ำเสมอ
- Treed ใช้พีชคณิต เข้ามาเกี่ยวข้องให้กับจุดตัวอย่างทั้งหมดช่วงในกรณีที่มีพื้นที่เป็นแอ้ง
เขา โค้งเว้า กำหนดในพื้นที่คล้ายกับข้อมูลจริง
- Topo to Raster ใช้ข้อมูลมากกว่าข้อมูลจุด ใช้หลายชั้นข้อมูลมาสร้าง เหมาะกับการสร้างแบบจำลองทางอุทกศาสตร์
วิเคราะห์แนวน้ำ
การประมาณค่าช่วงด้วยวิธี IDW (Inverse Distance Weight)
IDW เป็นการเปลี่ยนข้อมูลจุดให้เป็นข้อมูลแบบ raster ในตัวอย่าจะเริ่มจากการเปิดข้อมูลจุดขึ้นมา ใช้เป็นชั้นข้อมูล SPOT
จากนั้นเรียกคำสั่ง IDW ขึ้นมาจากArcToolbox > Spatial Analyst Tool > Interpolation > IDW
หน้าต่างของ IDW ในช่องที่ 1 คือช่อง Input point features ใส่ชั้นข้อมูลจุดที่ต้องการเปลี่ยนลงไป
ช่องที่ 2 คือช่อง Z value field ให้ใส่ข้อมูลที่ต้องการเก็บค่าความสูง
ช่องที่ 3 คือช่อง Output raster ทำการเลือกที่จัดเก็บว่าต้องการจัดเก็บที่ไหน
ช่องที่ 4 คือช่อง Output cell size ใส่ค่าขนาดของพิกเซลลงไป จากนั้นคลิก OK
จะมี IDW ที่เราสร้างไว้ปรากฏใน Display จากนั้นกดเลือกชั้นข้อมูล Polygon เพื่อทำขอบเขตของพื้นที่
ในตัวอย่างจะเลือกเป็นชั้นข้อมูลที่ชื่อว่า Province
ในตัวอย่างจะเลือกเป็นชั้นข้อมูลที่ชื่อว่า Province
การทำขอบเขตให้แก่ Province ให้เลือกคำสั่ง IDW จากที่ ArcToolbox
ใส่ข้อมูลเช่นเดียวกับตอนที่ทำ IDW ให้ชั้นข้อมูล SPOT
ในช่องที่ 1 ช่อง Input point features ใส่ชั้นข้อมูล SPOT
ช่องที่ 2 ช่อง Z value field ให้ใส่ ELEVATION
ช่องที่ 3 ช่อง Output raster เลือกที่ที่ต้องกสนจัดเก็บพร้อมตั้งชื่อในตัวอย่างจะใช้ชื่อ idw2
ช่องที่ 4 ช่อง Output cell size ใส่ค่าขนาดของพิกเซลลงไปเป็น 40 จากนั้นให้คลิกที่ช่อง Environments..
ทำการเปลี่ยนค่าในช่อง Processing Extent ช่อง Extent เลือก Same as layer idw
เลื่อนลงมาเลือกที่ Raster Analysis ในช่อง Mask ให้เปลี่ยนเป็น PROVINCE จากนั้นกด OK เพื่อกลับมาหน้าต่างเดิม
ตรวจสอบความถูกต้องและกด OK
จะปรากฏภาพที่มีขอบเขตตามที่เราต้องการ
Natural Neighbors
ในเบื้องต้นจะทำการสร้างโพลิกอนรอบล้อมจุดตัวอย่าง เรียกว่า Voronoi (Thiessen) polygon จากนั้นจะมีการสร้าง Voronoi ขึ้นใหม่รอบจุดที่ต้องการแทรกค่า โดยขนาดพื้นที่ของ Voronoi ที่สร้างใหม่นี้จะนำไปใช้คำนวณค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก ในขึ้นตอนนี้เราจะใช้ฐานข้อมูลเป็น idw และทำการเรียกคำสั่ง Natural Neighbor ขั้นมา
หน้าต่างของ Natural Neighbor จะมีช่องให้ใส่ข้อมูล
ในช่องที่ 1 ช่อง Input point features ใส่ชั้นข้อมูล SPOT
ช่องที่ 2 ช่อง Z value field ให้ใส่ ELEVATION
ช่องที่ 3 ช่อง Output raster เลือกที่ที่ต้องกสนจัดเก็บพร้อมตั้งชื่อในตัวอย่างจะใช้ชื่อ Natural
ช่องที่ 4 ช่อง Output cell size ใส่ค่าขนาดของพิกเซลลงไปเป็น 40 จากนั้นให้คลิกที่ OK
Natural Neighbors เป็นการลากขอบเขตจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่งเป็นเส้นตรง โดยจะเหมาะกับตัวอย่างที่มีการกระจายตัวแบบไม่แน่นอน
Spline
วิธี Spline เป็นการนำสมการทางคณิตศาสตร์มาใช้ในการคำนวณ เหมาะกับพื้นผิวที่มีการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไป เช่น ความสูง และความลึกของพื้นน้ำ เป็นต้นจะมี 2
- Regularized spline เป็นเทคนิคที่ทำให้ผลลัพธ์ที่ได้มีความเรียบ
เข้าไปเลือกคำสั่ง Spline ขึ้นมาจาก ArcToolbox
หน้าต่างของ Spline
ในช่องที่ 1 ช่อง Input point features ใส่ชั้นข้อมูล SPOT
ช่องที่ 2 ช่อง Z value field ให้ใส่ ELEVATION
ช่องที่ 2 ช่อง Z value field ให้ใส่ ELEVATION
ช่องที่ 3 ช่อง Output raster เลือกที่ที่ต้องกสนจัดเก็บพร้อมตั้งชื่อในตัวอย่างจะใช้ชื่อ sp_re
ช่องที่ 4 ช่อง Output cell size ใส่ค่าขนาดของพิกเซลลงไปเป็น 40
ช่องที่ 5 ช่อง Spline type ให้เลือกประเภทของ Spline ในตัวอย่างจะสาธิตเป็นแบบ REGULARIZED
จากนั้นคลิกที่ Environments...
ทำการเปลี่ยนค่าในช่อง Processing Extent ช่อง Extent เลือก Same as layer PROVINCE
เลื่อนลงมาเลือกที่ Raster Analysis ในช่อง Mask ให้เปลี่ยนเป็น PROVINCE จากนั้นกด OK เพื่อกลับมาหน้าต่างเดิม
ตรวจสอบความถูกต้องจากนั้นคลิก OK
จะได้ Spline แบบ Regularized spline
ต่อมาเป็นการทำ Spline แบบ Tension spline
เป็นเทคนิคที่มีการควบคุมความแข็งกระด้างของพื้นผิว วิธีการทำเหมือนกับแบบ Regularized spline ทุกประการแต่จะมีแต่ต่างบ้างในส่วนที่ให้เลือกประเภทของ Spline ให้เลือกเป็น Tension spline
เลือกคำสั่ง Spline ใน ArcToolbox ขึ้นมา
หน้าต่างของ Spline
ในช่องที่ 1 ช่อง Input point features ใส่ชั้นข้อมูล SPOT
ช่องที่ 2 ช่อง Z value field ให้ใส่ ELEVATION
ช่องที่ 2 ช่อง Z value field ให้ใส่ ELEVATION
ช่องที่ 3 ช่อง Output raster เลือกที่ที่ต้องกสนจัดเก็บพร้อมตั้งชื่อในตัวอย่างจะใช้ชื่อ sp_re2
ช่องที่ 4 ช่อง Output cell size ใส่ค่าขนาดของพิกเซลลงไปเป็น 40
ช่องที่ 5 ช่อง Spline type ให้เลือกประเภทของ Spline ในตัวอย่างจะสาธิตเป็นแบบ TENSION
จากนั้นคลิกที่ Environments...
ทำการเปลี่ยนค่าในช่อง Processing Extent ช่อง Extent เลือก Same as layer PROVINCE
เลื่อนลงมาเลือกที่ Raster Analysis ในช่อง Mask ให้เปลี่ยนเป็น PROVINCE จากนั้นกด OK เพื่อกลับมาหน้าต่างเดิม
ตรวจสอบความถูกต้อง จากนั้นกด OK
จะปรากฏ Spline แบบ TENSION
Kriging
วิธีการนี้จะทำการเลือกสมการทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมกับจุดตัวอย่างที่เลือกไว้
ภายในรัศมีที่กำหนดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในแต่ละพื้นที่ออกมา การใช้ Kriging ควรต้องรู้ระยะทางที่สัมพันธ์ทางพื้นที่หรือทิศทางเอนเอียงในข้อมูล
เปิดคำสั่ง Kriging ขึ้นมาในแถบ ArcToolbox
หน้าต่างของ Kriging
ในช่องที่ 1 ช่อง Input point features ใส่ชั้นข้อมูล SPOT
ช่องที่ 3 ช่อง Output raster เลือกที่ที่ต้องกสนจัดเก็บพร้อมตั้งชื่อในตัวอย่างจะใช้ชื่อ kriging
ช่องที่ 4 ช่อง Output cell size ใส่ค่าขนาดของพิกเซลลงไปเป็น 40
จากนั้นคลิกที่ Environments...
ทำการเปลี่ยนค่าในช่อง Processing Extent ช่อง Extent เลือก Same as layer PROVINCE
เลื่อนลงมาเลือกที่ Raster Analysis ในช่อง Mask ให้เปลี่ยนเป็น PROVINCE จากนั้นกด OK เพื่อกลับมาหน้าต่างเดิม
ตรวจสอบความถูกต้อง และกด OK
จะปรากฏผลลัพธ์ของคำสั่ง Kriging ขึ้นมา
Trend
ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นพื้นผิวที่มีความแปรปรวนต่ำ
สัมพันธ์กับจุดตัวอย่างและต่อเนื่องตามแนวโน้มข้อมูล
เริ่มจากการเรียกคำสั่ง Trend ออกมาจาก ArcToolbox
หน้าต่างของ Trend
ในช่องที่ 1 ช่อง Input point features ใส่ชั้นข้อมูล SPOT
ช่องที่ 2 ช่อง Z value field ให้ใส่ ELEVATION
ช่องที่ 3 ช่อง Output raster เลือกที่ที่ต้องกสนจัดเก็บพร้อมตั้งชื่อในตัวอย่างจะใช้ชื่อ trend
ช่องที่ 4 ช่อง Output cell size ใส่ค่าขนาดของพิกเซลลงไปเป็น 40
ช่องที่ 5 ช่อง Polygnomial order ให้เราใส่ค่ายกกำลัง ตั้งแต่ 1 - 12 ใส่ค่าใดไป
ก็จะแสดงค่านั้นออกมาสามารถใส่ได้ถึงค่า 12
จากนั้นคลิกที่ Environments...
ช่องที่ 3 ช่อง Output raster เลือกที่ที่ต้องกสนจัดเก็บพร้อมตั้งชื่อในตัวอย่างจะใช้ชื่อ trend
ช่องที่ 4 ช่อง Output cell size ใส่ค่าขนาดของพิกเซลลงไปเป็น 40
ช่องที่ 5 ช่อง Polygnomial order ให้เราใส่ค่ายกกำลัง ตั้งแต่ 1 - 12 ใส่ค่าใดไป
ก็จะแสดงค่านั้นออกมาสามารถใส่ได้ถึงค่า 12
จากนั้นคลิกที่ Environments...
ทำการเปลี่ยนค่าในช่อง Processing Extent ช่อง
Extent เลือก Same
as layer PROVINCE
เลื่อนลงมาเลือกที่ Raster Analysis ในช่อง
Mask ให้เปลี่ยนเป็น PROVINCE จากนั้นกด
OK เพื่อกลับมาหน้าต่างเดิม
ตรวจสอบความถูกต้อง จากนั้นกด OK
ผลลัพธ์จะแสดงค่า Trend ยกกำลัง 1 ออกมา
ถ้าต้องการทำ Trend ให้เป็นค่ายกกำลังค่าอื่นให้มาเปลี่ยนตัวเลขยกกำลังที่ช่อง Polynomial จากนั้นก็ทำตามวิธีข้างต้นให้เหมือนกัน
ค่ายกกำลังเป็น 2
ผลลัพธ์ของ Trend ยกกำลัง 2
Topo to Raster
เป็นวิธีการที่ออกแบบมาเพื่อสร้างแบบจำลองความสูงเชิงเลขทางอุทก-ศาสตร์ (Hydrological correct digital elevation model: DEMs) โดยใช้ข้อมูลเส้น Contour
ผลลัพธ์ที่ได้ ได้แก่ โครงสร้างการระบายน้ำ รวมทั้งการแสดงลักษณะของสันเขาและลำธารที่มีความถูกต้อง
การเปิดชั้นข้อมูลที่จะใช้กับ Topo to Raster นั้นมีตัวแปรทั้งหมด 6 ตัวแปรคือ
1. Point ข้อมูลจุด
2. Contour เส้นชั้นความสูง
3. Sink ข้อมูลบ่อน้ำ
4. Stream ข้อมูลเส้นทางน้ำ
5. Lake ข้อมูลสระน้ำ ทะเลสาป
6. Province ข้อมูลขอบเขต
ตัวแปลทั้งหมดนี้ไม่จำเป็นว่าจะต้องใช้ทั้ง 6 ตัวแปลขาดตัวใดตัวหนึ่ได้แต่ห้ามขาด Contour เส้นชั้นความสูง
ในตัวอย่างนี้จะใช้ชั้นข้อมูลทั้งหมด 4 ชั้นข้อมูลคือ SPOT(เป็นข้อมูลจุด) , STREAM , CONTOUR , PROVINCE
จากนั้นเปิดคำสั่ง Topo to Raster ในแถบเครื่องมือ ArcToolbox ขึ้นมา
จากนั้นเปิดคำสั่ง Topo to Raster ในแถบเครื่องมือ ArcToolbox ขึ้นมา
หน้าต่างของ Topo to Raster จะให้เราใส่ข้อมูล ในช่อง Input feature data ให้เลือกข้อมูลดังนี้
- SPOT ใส่ Field = ELEVATION ใส่ Type = Point Elevation
- STREAM ใส่ Type = Stream
- CONTOUR ใส่ Field = ELEVATION ใส่ Type = Contour
- PROVINCE ใส่ Type = Boundary
ช่อง Output surface raster เลือกว่าการจัดเก็บเพราะตั้งชื่อ ในตัวอย่างเลือกเป็น topo
ช่อง Output cell size ขนาดขอพิกเซลให้เลือกเป็น 40 จากนั้นคลิก OK
ผลลัพธ์ที่ได้จากการทำ Topo to Raster วิธีนี้เหมาะกับแบบจำลองทางภูมิศาสตร์
การสร้าง TIN
โครงข่ายสามเหลี่ยมหรือ TINs เป็นโครงสร้างข้อมูลเวกเตอร์ที่เก็บและแสดงแบบจำลองพื้นผิว
TINs จะประกอบด้วย
Node จำนวนมาก ซึ่งเก็บค่า Z เอาไว้
แต่ละ Node จะเชื่อมต่อด้วยเส้น
เรียกว่า Edge
เนื่องจาก Node ของ TINs สามารถวางอยู่เหนือพื้นผิวได้
ดังนั้น TINs จึงสามารถเก็บข้อมูลที่มีรายละเอียดสูงได้
เช่น ตัวแปรที่มีค่าสูงมาก ๆ ในขณะเดียวกันก็สามารถเก็บค่าอื่น ๆ
ได้ตามต้องการ รวมทั้งตัวแปรที่มีค่าต่ำ
TIN สามารถสร้างได้จากข้อมูลจุด
เส้น หรือโพลิกอน โดย TIN มีหน่วยเป็นฟุตหรือเมตร
แต่ไม่ใช้หน่วยเป็นองศา ด้วยข้อจำกัดต่าง ๆ ของ TIN ที่มีมากกว่าข้อมูลแรสเตอร์
จึงทำให้ไม่เป็นที่นิยมในการใช้งาน
การสร้างและกระบวนการวิเคราะห์ TIN มีต้นทุนสูง
โดยเฉพาะต้นทุนในการสร้างข้อมูลที่มีคุณภาพดีเพื่อนำมาสร้าง TIN อีกทั้งโครงสร้างของ TIN ที่มีความซับซ้อนมากกว่าข้อมูลแรสเตอร์
โดยทั่วไปแล้ว TIN นำมาใช้ในการสร้างแบบจำลองที่ต้องการความถูกต้องสูงและพื้นที่ศึกษาที่มี ขนาดไม่ใหญ่มากนัก
เช่น งานทางวิศวกรรมศาสตร์ขนาดของ TIN ขึ้นอยู่กับหน่วยความจำที่สามารถเก็บได้
ซึ่งอาจมีขนาดตั้งแต่ 10-15
ล้าน
Node
อย่างไรก็ตามไม่ควรขนาดของ TIN ไม่ควรเกินหลักล้าน
เพื่อความเหมาะสมในการเก็บและการแสดงผลข้อมูล
เปิดคำสั่งที่อยู่ใน ArcToolbox > 3D Analyst Tool > TIN Management > Create TIN
หน้าต่างของ Create TIN
ช่อง Output TIN ให้เราใส่ว่าต้องการจัดเก็บ และทำการตั้งชื่อจากตัวอย่างใช้ชื่อ tin
ช่อง Input Feature Class ทำการนำชั้นข้อมูล และใส่ค่าลงไป
- SPOT ใส่ height_field = ELEVATION , SF_type = masspoints , tag_field = ELEVATION
- STREAM ใส่ SF_type = softine
- CONTOUR ใส่ height_field = ELEVATION , SF_type = hardline
- PROVINCE ใส่ SF_type = hardline
คลิก OK เพื่อออกมาดูผลลัพธ์ที่ได้
ผลลัพธ์ของการทำ TIN
เมื่อทำการขยายเช้าจะเห็นโครงข่ายได้ชัดขึ้น
วิธีการเปลี่ยนสี คลิกขวาที่ Layer ชัั้นข้อมูลจากนั้นเลือกที่ Properties
เลือกที่ Sybology ช่องของ Show ถ้าเลือก Edge typs จะเป็นการเปลี่ยนสีประเภทของเส้น
แต่ถ้าเป็นส่วนของ Elevation จะเป็นการเปลี่ยนสีในส่วนของตัว Polygon ข้อมูลนั้นๆ ทำการปรับแต่งเสร็จเรียบร้อยให้คลิกที่ OK ออกมาเพื่อดูผลลัพธ์ที่ได้
อ้างอิง : สื่อการสอน อาจารย์ ดร.ณรงค์ พลีรักษ์ คณะภูมิสารสนเทศศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
