How to 6 : การวิเคราะห์พื้นผิว Surface analysis

การวิเคราะห์พื้นผิว (Surface analysis)

เป็นการวิเคราะห์การกระจายของค่าตัวแปรหนึ่งซึ่งเปรียบเสมือนเป็นมิติที่ 3 ของข้อมูลเชิงพื้นที่ 

การสร้างเส้น Contour

ประเภทของเส้นชั้นความสูง

1. เส้นชั้นความสูงหลัก (Index contour) ลักษณะมีขนาดหนากว่าเส้นชั้นความสูงธรรมดา หรือเส้นชั้นความสูงรอง

2. เส้นชั้นความสูงรอง (Intermediate contour) ลักษณะจะเล็กกว่าเส้นชั้นความสูงหลัก

3. เส้นชั้นความสูงแทรก (Supplementary contour) ลักษณะเป็นเส้นประสีน้ำตาล อยู่ระหว่างเส้นชั้นความสูงรอง 
โดยจะมีค่าครึ่งหนึ่ง

4. เส้นชั้นความสูง (Depression Contour) ลักษณะเส้นชั้นความสูงที่วงบรรจบกันและมีท่อนสั้น ๆ ขีดไว้แนวตั้งฉาก ใช้แสดงลักษณะที่เป็นหน้าผา ปลายท่อนจะชี้ไปยังจุดที่ต่ำกว่า 

ทำการเรียกคำสั่งขึ้นมาโดยคลิกขวาหลังแถบ Menu Bar เลือกที่ 3D Analyst 

ในหน้าต่างคำสั่งของ 3D Analyst ให้เลือกที่คำสั่ง Create Contours 

เมือกดที่คำสั่งแล้ว เมาส์ที่ใช้งานจะเป็นสัญลักษณ์ของคำสั่ง จากนั้นนำเมาส์ไปคลิกในบริเวณที่เราต้องการให้เกิดเส้นชั้ยความสูง

วิธีการลบเส้นชั้นข้อมูล (ทีละ 1 เส้น) ให้เลือก Select Elements ในแถบเครื่องมือ จากนั้นนำเมาส์มาคลิกที่เส้นชั้นข้อมูลที่เราทำไว้ในตอนแรก คลิกขวาเลือก Delete

วิธีการลบเส้นชั้นข้อมูล (หลายเส้นพร้อมกัน) คลิกเมาส์ค้างแล้วลาก จะเกิดขอบเขตของเส้นชั้นความสูงที่ทำไว้ขึ้นมาพร้อมกัน จากนั้นคลิกขวาเลือก Delete

วิธีการทำเส้นชั้นความสูงหลายเส้นพร้อมกัน เราจะใช้คำสั่ง Contour ที่อยู่ใน ArcToolbox > 3D Analyst Tool > 
Rest Surfce > Contour

หน้าต่างของ Contour ช่องที่ 1 Input raster ต้องการทำเส้นชั้นข้อมูลให้กับชั้นข้อมูลไหน

ช่องที่ 2 Output polyline features เลือกที่ที่จะจัดเก็บและตั้งชื่อ

ช่องที่ 3 Contour interval ใส่ค่าความสูงที่เราต้องการ จากนั้นกด OK

หลังจากนั้นเส้นชั้นความสูงของพื้นที่ที่เราเลือกจะปรากฏขึ้นมาทั้งพื้นที่

วิธีการเปลี่ยนสีเส้นชั้นข้อมูล และการใส่ Label Features คลิกขวาที่ Layer เลือกที่ Properties 

การเปลี่ยนเส้นชั้นข้อมูลในหน้าต่างของ Layer Properties เลือกที่ Symbology ในช่อง Show เลือกที่ Categories  > Urique values จากนั้นสามารถเลือกสีในช่อง Color Ramp

การแสดง Label ในหน้าต่างของ Layer Properties เลือกที่ Labels เข้าไปคลิกในช่อง Label features in the layer 
และทำการเปลี่ยนสี ปรับแต่งตัวอักษรในช่อง Text Symbol จากนั้นกด OK

จะได้ผลลัพธ์ที่เราทำเอาไว้ คือเปลี่ยนสีเส้นชั้นข้อมูล และการใส่ Label 

การวิเคราะห์แนวการมองเห็น (Line of sight)

   ใช้สำหรับวิเคราะห์การมองเห็นว่าพื้นที่ใดสามารถมองเห็นได้บนพื้นผิวจากตำแหน่งต่าง ๆ

โดยจะแบ่งสีของจุด และเส้นดังนี้

- เส้นสีแดง (Obstructed area) บริเวณที่ถูกกีดขวางจากจุดสังเกตุ

- เส้นสีเขียว (Visible area) บริเวณที่สามารถมองเห็นจากสุดสังเกตุ

จุดสีดำ สีน้ำเงิน และสีแดงแทน

- จุดสีดำ (Observer location) ตำแหน่งจุดสังเกตุ

- จุดสีน้ำเงิน (Obstruction point) ตำแหน่งที่ถูกกีดขวางจากตำแหน่งจุดสังเกตุไปยังตำแหน่งเป้าหมาย

- จุดสีแดง (Target location) ตำแหน่งเป้าหมาย 

เปิดคำสั่ง Crete Line of Sight ในแถมเครื่องมือ 3D Analyst จากนั้นทำการลากเส้นในจุดเริ่ม ถึงจุดสุดท้ายที่เราต้องการ

ตัวอย่างการลากเส้น

การวิเคราะห์ทิศทางการไหล (Steepest path)

   เป็นการประเมินรูปแบบการกลิ้ง (Runoff patterns) ของวัตถุจากแบบจำลองพื้นผิว โดยจะดูทิศทางการไหลของวัตถุที่ถูกปล่อยจากจุดที่กำหนด ไปตามลักษณะของพื้นที่ โดยจะมีเส้นทางการไหลไปจนถึงบริเวณที่มีความลาดชันมากที่สุด 
เลือกคำสั่ง Create Steepest Path ในแถบเครื่องมือ 3D Analyst Tool ขั้นมา จากนั้นนำเมาส์ไปคลิก ณ บริเวณที่เราต้องการดูว่าถ้าเราปล่อยวัตถุลงมา วัตถุสิ่งนั้นจะไหลไปทางใดและไกลแค่ไหน

การแสดงภาพตัดขวาง (Profile)

ภาพตัดขวาง เป็นการแสดงระดับความสูงของพื้นผิวตามแนวเส้นที่กำหนด เลือกคำสั่ง Interpolate Line ที่อยู่ในแถบเครื่องมือ 3D Analyst จากนั้นใช้เมาส์ลากเส้นจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง

ลากเส้นทั้งหมด 2 เส้นเพื่อทำการเปรียบเทียบ ทำการเปลี่ยนสีเส้นจะได้เห็นความแต่ต่าง คลิกขวาที่เส้นเลือกที่ Properties

หน้าต่างของ Properties เลือก Symbol เปลี่ยนสีที่ช่อง Color จากนั้นคลิกที่ OK

เมื่อเส้นทั้ง 2 มีสีที่ต่างกันให้เปลี่ยนเมาส์เป็น Select Elements จากนั้นคลิกเมาส์ลากครอบเส้นทั้ง 2 

จากนั้นคลิกที่คำสั่ง Create Profile Graph ก็จะได้กราฟการเปรียบเทียบข้อมูลของเส้นทั้ง 2

การหาความลาดชัน (Slope)

เป็นการคำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงค่าความสูงจากเซลล์หนึ่งไปยังเซลล์ใกล้เคียง

ความลาดชันสามารถคำนวณและวัดได้ 2 ประเภท ได้แก่

- เปอร์เซ็นต์ (Percent rise) 

ความลาดชันเป็นเปอร์เซ็นต์ (Percent rise) คำนวณได้จากด้านตรงข้ามมุม (rise) หารด้วยด้านประชิดมุม (run) และคูณด้วย 100 ดังสมการ

  Slope (percent rise) = (rise/run)*100

- องศา (Degree)

ความลาดชันเป็นองศา คำนวณได้จาก

  Slope (degree) =θ

  tanθ= rise/run 

ความลาดชันสามารถสร้างหรือคำนวณมาจากข้อมูลความสูง ซึ่งจะอยู่ในรูปของข้อมูลแรสเตอร์ หรือแบบจำลองความสูงเชิงเลข (Digital Elevation Model: DEM)

เปิดเครื่องมือ Slope ขึ้นมา ใช้คำสั่ง Contour ที่อยู่ใน ArcToolbox > 3D Analyst Tool > Rest Surfce > Slope 

หน้าต่างของ Slope ช่องที่ 1 Input raster ให้ใส่ข้อมูลที่ต้องการทำ  Slope
ช่องที่ 2 Output raster ใส่ที่ที่ต้องการจัดเก็บ
ช่องที่ 3 Output measurement เลือกว่าต้องการทำเป็นแบบเปอร์เซนต์ และแบบองศา 
แต่ในตัวอย่างจะเริ่มจากการทำแบบ องศา หรือ Degree จากนั้นคลิก OK

จะได้ผลลัพธ์การทำ Slope 

ส่วนวิธีการทำแบบเปอร์เซนต์นั้นทำการตั้งค่าเหมือนเดิม คือ 
หน้าต่างของ Slope ช่องที่ 1 Input raster ให้ใส่ข้อมูลที่ต้องการทำ  Slope
ช่องที่ 2 Output raster ใส่ที่ที่ต้องการจัดเก็บ
ช่องที่ 3 Output measurement เลือกว่าต้องการทำเป็นแบบเปอร์เซนต์ และแบบองศา ตัวอย่างนี้จะใช้การทำแบบ เปอร์เซนต์ หรือ Percent_rise  จากนั้นคลิก OK

ผลลัพธ์ที่ได้จากการทำ Slope แบบเปอร์เซนต์

ทิศทางการหักเหของความลาดชัน (Aspect)

เป็นการกำหนดความลาดชันการรับแสง จะวัดตามเข็มนาฬิกาตั้งแต่ 0-360 องศาค่าความหักเหจะบอกทิศทางความลาดชัน โดยพื้นที่ ที่เป็น Flat Slope จะไม่มีทิศทางมีค่าเป็น -1 เสมอ 

โดยการทำ Aspect สามารถใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน เช่น

- การเจริญเติมโตของพื้ช

- ประมาณการละลายหิมะ

- กำหนดพืนที่ติดตั้งเซลล์พลังงานแสงอาทิตยร์

เริ่มด้วยการเปิดคำสั่ง Aspect  ที่อยู่ใน ArcToolbox > 3D Analyst Tool > Rest Surfce > Aspect

หน้าต่างของ Aspect ช่องที่ 1 Input raster ให้เลือกข้อมูลที่ต้องการหาทิศทางการหักเหของความลาดชัน
ช่องที่ 2 Output raster ให้เลือกที่ ที่ค้องการจัดเก็บจากนั้นคลิก OK

ผลลัพธ์ที่ได้จากการทำ Aspect

แต่ละสีจะบอกแต่ละทิศทาง เช่น สีเท่าจะไม่มีทิศทาง มีค่าเป็น -1 , สี้าแทนทิศใต้ มีค่าเป็น 157.5 - 202.5 เป็นต้น

การตกกระทบของแสง (Hillshade)

เป็นรูปแบบความสว่างและความมืดที่พื้นผิวจะได้รับเมื่อให้แสงสว่างจากมุมที่กำหนด 
ในการคำนวณการตกกระทบของแสงต้องกำหนดตำแหน่งแหล่งกำเนิด แสงก่อน และจากนั้นจึงคำนวณค่าของแสงในแต่ละเซลล์

ค่าของแสงที่ตกกระทบจะมีค่าอยู่ระหว่าง 0-255 ซึ่งแทนด้วยระดับสีเทา จากสีดาจนถึงสีขาวตามลาดับ

กำหนดให้ Azimuth เป็นทิศทางมุมของแสงอาทิตย์ วัดจากทิศเหนือตาม เข็มนาฬิกา 0-360 องศา โดย Azimuth ที่ 90 องศาเป็นทิศตะวันออก (E) ค่าตั้งต้นเป็น 315 องศา (NW)

กำหนดให้ Altitude เป็นค่า Slope หรือมุมของแหล่งที่ให้แสงสว่างเหนือ แนวราบ หน่วยเป็นองศา จาก  0 (แนวราบ) ถึง 90 องศา (เหนือศีรษะ) ค่าตั้งต้นเป็น 45 องศา

Hillshade สามารถนามาใช้สาหรับเพิ่มความลึกในการมองเห็นใน ลักษณะของสามมิติ นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณรังสีจากแสงอาทิตย์ที่ตกมายังเซลล์หรือ พื้นที่นั้น ๆ

คำสั่ง Hillshade ที่อยู่ใน ArcToolbox > 3D Analyst Tool > Rest Surfce > Hillshade

หน้าต่าง Hillshade ช่องที่ 1 Input raster ให้ใส่ข้อมูลที่ต้องการทำ พื้นที่ตกกระทบของแสง
ช่องที่ 2 Output raster ใส่พื้นที่ที่ต้องการจัดเก็บ จากนั้นคลิก OK

ผลลัพธ์ที่ได้จากการทำ Hillshade หรือพื้นที่การตกกระทบของแสง 
โดยจะแบ่งค่าการตกกระทบตั้งแต่สีดำ สีเทา ไปจนถึงสีขาวตามลำดับ

การวิเคราะห์พื้นที่การมองเห็น (Viewshed)

พื้นที่การมองเห็น (Viewshed)

เป็นพื้นที่บนพื้นผิวที่สามารถมองเห็นได้จากจุดสังเกตสำหรับตำแหน่งที่ มองเห็นได้ สามารถหาได้ว่ามีผู้สังเกตกี่คนที่สามารถมองเห็นตำแหน่งนั้น ได้ รวมถึงกำหนดค่าความสูงของผู้สังเกต จากัดความห่าง ความสูง และ ทิศทางที่จะมอง

การหาตำแหน่งที่สามารถมองเห็นได้นั้นสามารถหาได้จากหนึ่งหรือหลาย จุดสังเกต หรืออาจเป็นแนวเส้นสังเกตก็ได้
ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์แสดงออกมาเป็นค่า 0 และ 1 คือ
0 แทนพื้นที่ที่ไม่สามารถมองเห็น
1 แทนพื้นที่ที่สามารถมองเห็นได้



เริ่มจากการสร้าง Shapefile 

หน้าต่างของ Create New Shapefile

ช่องที่ 1 Name ตั้งชื่อ Shapefile นั้นโดยการตั้งชื่อต้องคำนึงถึงเวลาเรียกการใช้งานที่ต้องสะดวกและเข้าใจง่าย
ช่องที่ 2  Featur Type เลือกเลือกประเภท Point(จุด)

จากนั้นเข้าไปตั้งค่าพิกัด  คลิกที่ Edit.. เพื่อเข้าไปเลือกพิกัด (วิธัีการตั้งค่าอยู่ใน How to 1 : การแก้ไข้ข้อมูล (Editing Feature)) เสร็จเรียบร้อยจากนั้นคลิก OK

ทำการดิจิไทซ์ข้อมูลจุดลงไปในตำแหน่งที่ต้องการ

จากนั้นเปิดคำสั่ง VIllshed ที่อยู่ใน ArcToolbox > 3D Analyst Tool > Rest Surfce >Villshed

หน้าของ Viexfile 
ช่องที่ 1 Input raster ให้ใส่พื้นที่ที่ต้องการทำพื้นที่การมองเห็น
ช่องที่ 2 Input point or polyline observer features ใส่ข้อมูลที่ทำการดิจิไทซ์ หรือข้อมูลจุดลงไป
ช่องที่ 3 Output raster ใส่พื้นที่ที่ต้องการจัดเก็บ จากนั้นคลิก OK

ผลลัพธ์ที่ได้นั้น พื้นที่สีเขียวคือพื้นที่ที่ไม่สมารถมองเห็น ส่วนพื้นที่ทีชมพูคือพื้นที่ที่สามารถมองเห็น

การประมาณปริมาตรในการขุดและถมที่ (Cut-and-Fill)

เป็นการประมาณการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่หรือปริมาตรจากการขุดหรือ ถมพื้นผิว หรือเรียกว่า สิ่งที่สูญเสีย (Net loss) 
และสิ่งที่ได้มา (Net gain) ในพื้นที่ โดยใช้หลักการเปรียบเทียบข้อมูล 2 พื้นผิว  หรือ 2 ช่วงเวลา ได้แก่ พื้นผิว ก่อนการเปลี่ยนแปลง (Before surface) และหลังการเปลี่ยนแปลง (After surface)



ในตัวอย่างจะทำการเปรียบเทียบโดยใช้ข้อมูลก่อนน้ำท่วม DEM_AFTER และหลังน้ำท่วม DEM_BEFORE เปิดข้อมูล  

เปิดคำสั่ง Cut Fill ที่อยู่ใน ArcToolbox > 3D Analyst Tool > Rest Surfce >Cut Fill

หน้าต่างของ Cut Fill ช่องที่ 1 Input before raster surface ใส่ข้อมูลของพื้นที่ก่อนน้ำท่วม
ช่องที่ 2 Input after raster surface ใส่ข้อมูลของพื้นที่หลังน้ำท่วม
ช่องที่ 3 Output raster ใส่ที่ที่ต้องการจัดเก็บ จากนั้นคลิก OK

ผลลัพธ์ที่ได้จากการประมาณปริมาตรในการขุดและถมที่ หรือ Cut and Fill  
บริเวณที่เป็นสีแดง เป็นบริเวณที่สูญเสีย หรือถูกขุดออก  
สีเทา เป็นบริเวณที่ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง  
สีน้ำเงิน  เป็นบริเวณที่เพิ่มขึ้นมา หรือเกิดการถับถม

Video How to 6 : การวิเคราะห์พื้นผิว Surface analysis

http://www.youtube.com/watch?v=vj2Fn-QmSog

อ้างอิง : สื่อการสอน อาจารย์ ดร.ณรงค์  พลีรักษ์ คณะภูมิสารสนเทศศาสตร์  มหาวิทยาลัยบูรพา