บทที่ 5 การประมาณค่าในช่วง (Interpolation)

การประมาณค่าช่วงเป็นการคาดการณ์ค่าให้กับเซลล์ในข้อมูลประเภทแรสเตอร์ จากข้อมูลจุดตัวอย่างที่มีอยู่อย่างจำกัด ด้วยวิธีการนี้สามารถใช้ในการพยากรณ์ค่าที่ไม่ทราบจากจุดใดๆ ทางภูมิศาสตร์ได้ ไม่ว่าจะเป็นจุดความสูง ปริมาณน้ำฝน การกระจายตัวของสารเคมี ระดับเสียงรบกวน และอื่นๆ

การประมาณค่าในรูปแบบ Iverse Distance Weighted (IDW)

เป็นการประมาณค่าโดยทำการสุ่มจุดตัวอย่างแต่ละจุดจากตำแหน่งที่สามารถส่งผลกระทบไปยังเซลล์ที่ต้องประมาณค่าได้ ซึ่งจะมีผลกระทบไปยังเซลล์ที่ต้องประมาณค่าได้ ซึ่งจะมีผลกระทบน้อยลงเรื่อยๆตามระยะทางที่ไกลออกไป  เหมาะกับตัวแปรที่อ้างอิงกับระยะทางในการคำนวณ ยิ่งใกล้ยิ่งมีอิทธิพลมาก เช่น ความดังของเสียง ความเข็มข้นของสารเคมี

• นำเข้าข้อมูล STOP จาก C:\RTArcGIS\KANCHNABURI\Kanburi
• เปิดหน้าต่าง ArcToolbox ดับเบิ้ลคลิก Spatial Analyst Tools > Interpolation > IDW

• หน้าต่าง IDW กำหนดการประมาณค่าแอมโมเนีย ดังภาพ

• กำหนดขอบเขตผลลัพธ์การประมาณค่าในช่วงให้มีขอบเขตตามชั้นข้อมูลพื้นที่ศึกษา โดยคลิกปุ่ม Environments คลิก Raster Analysis กับ Processing Extent กำหนดเงื่อนไขต่างๆ และคลิกปุ่ม OK

                              

การประมาณค่าในรูปแบบ Natural Neighbors

การสร้าง Subset ที่อยู่ใกล้จุดตัวอย่างมากที่สุด จากนั้นจะทำการแทรกค่าโดยค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามขนาดของพื้นที่ของข้อมูลจุดตัวอย่าง เหมาะกับจุดตัวอย่างที่มีการกระจายตัวแบบไม่แน่นอน

• ดับเบิ้ลคลิก Spatil Analyst Tool > Interpolation > Natural Neignbor

• หน้าต่าง Natural Neighbors กำหนดการประมาณค่า ดังภาพและคลิกปุ่ม Ok

การประมาณค่าในรูปแบบ Spline
เป็นวิธีการแทรกค่าให้พอดีกับพื้นผิวที่มีความโค้งเว้าอย่างน้อยตามจุดข้อมูลตัวอย่างที่นำเข้ามาเหมือนการบิดงอของแผ่นยางผ่านจุดตัวอย่าง โดยพยายามให้อย่างน้อยความโค้งทั้งหมดเข้าหาจุดตัวอย่างเหล่านั้นมาเป็นพื้นผิว วิธีนี้เป็นการนำสมการทางคณิตศาสตร์มาใช้ในการคำนวณเหมาะกับพื้นผิวที่มีการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไป เช่น ความสูงและความลึกของพื้นน้ำ เป็นต้น

• หน้าต่าง ArcToolbox ดับเบิ้ลคลิก Spatial Analyst Tools > Interpolation > Spline

• หน้าต่าง Spline กำหนดการประมาณค่า ดังภาพและคลิกปุ่ม Ok

• วิธี Spline มี 2 แบบ ได้แก่

          Regularized Spline เป็นเทคนิคที่ทำให้ผลลัพธ์ที่ได้มีความเรียบและค่าของข้อมูลมีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงแบบค่อยเป็นค่อยไปมากขึ้น โดยการกำหนดค่าน้ำหนักที่เหมาะสมควรอยู่ระหว่าง 0-0.5

          Tension spline   เป็นเทคนิคที่มีการควบคุมความแข็งกระด้างของพื้นผิวให้เป็นไปตามลักษณะของปรากฏการณ์ โดยผลลัพธ์ที่ได้มีความเรียบน้อยกว่าแบบ Regularized

การประมาณค่าในรูปแบบ Kriging

เป็นวิธีการประมาณค่าช่วงขั้นสูง โดยการใช้กระบวนการทางสถิติและสมการคณิตศาสตร์เข้ามาช่วยในการวิเคราะห์  วิธีนี้จะทำสมการคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมกับจุดตัวอย่างที่เลือกไว้ ภายในรัศมีที่กำหนดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในแต่ละพื้นที่ออกมา การใช้วิธีนี้ ควรรู้ระยะทางที่สัมพันธ์ทางพื้นหรือทิศทางเอนเอียงในข้อมูล

• หน้าต่าง ArcToolbox ดับเบิ้ลคลิก Spatial Analyst Tools > Interpolation > Kriging

• หน้าต่าง Kriging กำหนดค่าและคลิกปุ่ม OK

การประมาณค่าในรูปแบบ Trend
วิธีนี้จะทำการเลือกสมการทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสม โดยการระบุลำดับของพีชคณิตให้กับจุดตัวอย่างทั้งหมด ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นพื้นผิวที่มีความแปรปรวนต่ำ สัมพันธ์กับจุดอย่างและต่อเนื่องตามแนวโน้มข้อมูล ในบางกรณี พื้นที่ไม่ได้เป็นลักษณะของพื้นราบเสมอไป เช่น บริเวณที่เป็นหุบเขา เมื่อใช้วิธีนี้ในการประมาณค่าช่วง จึงต้องมีการคำนวณสมการทางคณิตศาสตร์ใหม่ให้สอดคล้องกับลักษณะของพื้นผิวที่โค้ง

• หน้าต่าง ArcToolbox ดับเบิ้ลคลิก Spatial Analyst Tools > Interpolation > Trend

• หน้าต่างTrend  กำหนดค่าและคลิกปุ่ม OK

• พื้นที่มีลักษณะเป็นพื้นที่ราบ จะใช้สมการพีชคณิตแบบเส้นตรง ( Linear polynomial )

• พื้นที่มีความโค้งหนึ่งแห่ง จะใช้สมการพีชคณิตแบบกำลังสอง (Quadratic polynomial)

พื้นที่มีความโค้งสองแห่ง จะใช้สมการพีชคณิตแบบกำลังสาม (Cubic polynomial)

การประมาณค่าในรูปแบบ Topo to Raster
ใช้สำหรับจำลองพื้นผิวโลกที่สามารถกำหนดได้หลายตัวแปรในการสร้าง Digital Elevation Model เพื่อใช้ในการวิเคราะห์พื้นผิวได้อย่างถูกต้องมากขึ้น ซึ่งจะใช้เป็นข้อมูลตั้งต้นในการวิเคราะห์ SLOPE ASPECTและHILLSHADE ในขั้นตอนถัดไป
ข้อมูลนำเข้า เป็นชุดของข้อมูลที่จะนำมาใช้สร้าง DEM ประกอบไปด้วย
      Feature Layer เป็นชุดของข้อมูลนำเข้าหลักๆคือ
      Point Elevation  ชั้นข้อมูลที่เป็นจุดและแสดงความสูงของพื้นที่
      Contour เป็นชั้นข้อมูลที่นำเสนอในรูปของเส้นความสูงเท่าของพื้นที่ ในการกำหนดค่าให้เลือกฟิลด์ที่บันทึกค่าความสูงของเส้นและType เป็น Contour
      Stream เป็นชั้นข้อมูลที่แม่น้ำ ไม่มีการกำหนดค่าฟิลด์
      Sink เป็นชั้นข้อมูลที่นำเสนอในรูปของจุดที่แสดงถึงลักษณะการกดต่ำหรือเป็นรอยบุ๋มของพื้นที่ในสภาพภูมิประเทศจริง
      Boundary เป็นชั้นข้อมูลที่นำเสนอข้อมูลในรูปของพื้นที่รูปปิด ในที่นี้อาจเป็นชั้นข้อมูลขอบเขตการปกครอง เพื่อนำมาใช้แสดงขอบเขตของผลลัพธ์เท่านั้น
      Lake เป็นชั้นข้อมูลที่นำเสนอข้อมูลในรูปของพื้นที่ปิด ซึ่งสามารถบอกตำแหน่งที่ตั้งของแหล่งน้ำบนพื้นผิวได้
            - Field ใช้ในการกำหนดหรือเลือกฟิลด์ที่บันทึกข้อมูลที่เหมาะสมกับประเภทของชั้นข้อมูลที่ต้องการจะสร้างDEM
            - Type  ประเภทของชุดข้อมูลที่นำเข้าเพื่อนำมาใช้ในการสร้าง DEM

• นำเข้าชั้นข้อมูล STOP CONTOUR  STREAM และ PROVINCE จาก C:\RTArcGis\LAB15\Kanburi
• หน้าต่าง ArcToolbox ดับเบิ้ลคลิก Spatial Analyst Tools > Interpolation > Topo to Raster

• ใน TOC ให้คลิกเลือกข้อมูลทั้ง 4 ชั้นข้อมูลและลากเข้ามาในหน้าต่าง จากนั้นกำหนดค่าดังภาพและคลิกปุ่ม OK

          SPOT  กำหนด Type เป็น Point Elevation และเลือก Field เป็น Elevation
          COUTOUR  กำหนด Type เป็น Contour  และเลือก Field เป็น Elevation
          STREAM  กำหนด Type เป็น STREAM และไม่ต้องกำหนดไฟล์
          PROVINCE  กำหนด Type เป็น Boundary และไม่ต้องกำหนดไฟล์

• คลิกปุ่ม Identify เพื่อดูค่าความสูง ของแต่ละจุดในจังหวัด

การสร้างพื้นผิวในรูปแบบ TIN
โครงข่ายสามเหลี่ยมหรือ TIN เป็นโครงสร้างข้อมูลเวกเตอร์ที่เก็บและแสดงแบบจำลองพื้นผิว TIN จะประกอบด้วย Node จำนวนมาก ซึ่งเก็บค่า Z เอาไว้ แต่ละ Node  จะเชื่อมต่อด้วยเส้น เรียกว่า Edge จะต่อเนื่องกันและสามารถใช้ระบุตำแหน่งของข้อมูลที่ต้องการได้ มีหน่วยเป็นฟุตหรือเมตร แต่ไม่ใช้หน่วยเป็นองศา สามารถเก็บข้อมูลที่มีรายละเอียดสูงได้

• นำเข้าชั้นข้อมูล STOP CONTOUR  STREAM และ PROVINCE จาก C:\RTArcGIS\LAN15\Kanburi
• ทำการสร้าง TIN โดยดับเบิ้ลคลิกบน Create TIN

• ใน TOC ให้คลิกเลือกข้อมูลทั้ง 4 ชั้นข้อมูลและลากเข้ามาในหน้าต่าง จากนั้นกำหนดค่าดังภาพและคลิกปุ่ม OK

• จะได้ผลลัพธ์เป็นข้อมูล TIN  ที่แสดงความสูงของพื้นที่ ตามขอบเขตจังหวัดที่ใช้เป็นขอบเขตในการสร้างข้อมูล
• แก้ไขสัญลักษณ์ โดยใน TOC ดับเบิ้ลคลิกบนชั้นข้อมูล Tin จากนั้นคลิกแท็บ Symbology คลิกเครื่องหมายถูกหน้า Edge Types ออก เพื่อไม่แสดงสัญลักษณ์เส้น และคลิกปุ่ม OK

• วีดีโอปฏิบัติการที่ 5 (Lad 5)

หมายเหตุ: เนื่องจากวีดีโอนี้มีระดับเสียงเบา ควรเพิ่มระดับเสียงในการรับชม