GIS101-13 การวิเคราะห์ภูมิประเทศด้วย DEM (Digital Elevation Model)

การวิเคราะห์ภูมิประเทศด้วย DEM (Digital Elevation Model)

เปลี่ยนข้อมูลความสูงของภูมิประเทศให้เป็นองค์ความรู้สำหรับการวางแผนและการตัดสินใจ

ภูมิประเทศเป็นหนึ่งในปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์และระบบนิเวศ ไม่ว่าจะเป็นการไหลของน้ำ การเกิดน้ำท่วม ดินถล่ม การเลือกพื้นที่ก่อสร้าง การวางผังเมือง การเกษตร หรือการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ การเข้าใจลักษณะภูมิประเทศจึงเป็นพื้นฐานสำคัญของการวิเคราะห์เชิงพื้นที่ในระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์ (Geographic Information System: GIS)

เครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้ GIS สามารถวิเคราะห์ภูมิประเทศได้อย่างแม่นยำคือ Digital Elevation Model (DEM) ซึ่งเป็นข้อมูลเชิงพื้นที่ที่แสดงค่าระดับความสูงของพื้นผิวโลกในรูปแบบดิจิทัล DEM เป็นข้อมูลพื้นฐานของงานด้านอุทกวิทยา วิศวกรรม ธรณีวิทยา สิ่งแวดล้อม และการบริหารจัดการภัยพิบัติทั่วโลก

DEM คืออะไร

DEM (Digital Elevation Model) คือแบบจำลองระดับความสูงของพื้นผิวโลกในรูปแบบข้อมูล Raster โดยแต่ละ Pixel จะเก็บค่าความสูง (Elevation) ของตำแหน่งนั้น ๆ เมื่อรวมกันทั้งพื้นที่จึงสามารถแสดงลักษณะภูมิประเทศได้อย่างละเอียด

หน่วยของค่าความสูงมักเป็น เมตรเหนือระดับน้ำทะเลปานกลาง (Meters Above Mean Sea Level: m AMSL)

DEM แตกต่างจากแผนที่เส้นชั้นความสูง (Contour Map) ตรงที่สามารถนำไปวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ได้โดยตรง และใช้สร้างข้อมูลอนุพันธ์ทางภูมิประเทศได้หลากหลาย

แหล่งข้อมูล DEM ที่นิยม

SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)

พัฒนาโดย NASA และหน่วยงานพันธมิตร ครอบคลุมพื้นที่เกือบทั่วโลก ความละเอียด 30 เมตร เหมาะสำหรับงานระดับภูมิภาค

ASTER GDEM

ข้อมูลจากดาวเทียม ASTER ให้รายละเอียดระดับ 30 เมตร เหมาะสำหรับงานด้านสิ่งแวดล้อมและการศึกษา

ALOS PALSAR DEM

พัฒนาโดย JAXA ประเทศญี่ปุ่น มีความละเอียดประมาณ 12.5 เมตร ให้รายละเอียดภูมิประเทศสูงกว่า SRTM

LiDAR DEM

สร้างจากข้อมูลเลเซอร์ มีความละเอียดสูงมาก ตั้งแต่ 0.5–5 เมตร เหมาะสำหรับงานวิศวกรรม งานสำรวจ และการวิเคราะห์น้ำท่วมในระดับพื้นที่

Drone DEM

สร้างจากภาพถ่ายโดรนร่วมกับเทคนิค Photogrammetry ให้รายละเอียดระดับเซนติเมตร เหมาะสำหรับงานเฉพาะพื้นที่

การเตรียมข้อมูล DEM

ก่อนนำ DEM ไปวิเคราะห์ ควรดำเนินการดังนี้

1. ตรวจสอบระบบพิกัด (CRS)

2. ตรวจสอบความละเอียดของข้อมูล

3. เติมหลุม (Fill Sinks) หากจำเป็น

4. ตรวจสอบพื้นที่ข้อมูลขาดหาย (NoData)

5. ตัดข้อมูลให้ครอบคลุมพื้นที่ศึกษา (Clip)

การเตรียมข้อมูลอย่างถูกต้องจะช่วยให้ผลการวิเคราะห์มีความแม่นยำมากขึ้น

การวิเคราะห์ภูมิประเทศที่สำคัญ

1. ความลาดชัน (Slope) Slope คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของความสูง มีหน่วยเป็นองศา (Degree) หรือเปอร์เซ็นต์ (%) การใช้งาน

• ประเมินพื้นที่เสี่ยงดินถล่ม

• เลือกพื้นที่ก่อสร้าง

• วางแผนการเกษตร

• วิเคราะห์ความเหมาะสมของการใช้ที่ดิน

โดยทั่วไป พื้นที่ที่มีความลาดชันสูงจะมีความเสี่ยงต่อการพังทลายของดินมากกว่าพื้นที่ราบ

2. ทิศทางลาด (Aspect) Aspect คือทิศที่ลาดของพื้นที่หันไป เช่น ทิศเหนือ ทิศใต้ ทิศตะวันออก หรือทิศตะวันตก ข้อมูลนี้มีประโยชน์ในการวิเคราะห์

• การรับแสงอาทิตย์

• การเพาะปลูก

• การกระจายของพืชพรรณ

• การออกแบบอาคารและพลังงานแสงอาทิตย์

3. เงาภูมิประเทศ (Hillshade) Hillshade เป็นการจำลองแสงและเงาบนภูมิประเทศเพื่อช่วยให้มองเห็นลักษณะภูมิประเทศได้ชัดเจนขึ้น นิยมใช้เป็นแผนที่พื้นหลังและช่วยในการตีความโครงสร้างภูมิประเทศ รอยเลื่อน หรือแนวสันเขา

4. ทิศทางการไหลของน้ำ (Flow Direction) ใช้วิเคราะห์ว่าหากมีน้ำฝนตกลงบนพื้นที่ น้ำจะไหลไปในทิศทางใด ข้อมูลนี้เป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์ลุ่มน้ำและระบบระบายน้ำ

5. การสะสมการไหล (Flow Accumulation) คำนวณจำนวนเซลล์ที่มีน้ำไหลผ่านแต่ละตำแหน่ง ค่าที่สูงมักสอดคล้องกับแนวลำธารหรือแม่น้ำ

6. การวิเคราะห์ลุ่มน้ำ (Watershed Analysis) ใช้กำหนดขอบเขตลุ่มน้ำและพื้นที่รับน้ำของจุดใดจุดหนึ่ง เหมาะสำหรับ 

• การบริหารจัดการทรัพยากรน้ำ

• การวางแผนอ่างเก็บน้ำ

• การป้องกันน้ำท่วม

• การศึกษาระบบนิเวศลุ่มน้ำ

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ DEM

การจัดการทรัพยากรน้ำ ใช้ DEM วิเคราะห์ลุ่มน้ำ ทิศทางการไหล และพื้นที่เสี่ยงน้ำท่วม เพื่อวางแผนระบบระบายน้ำและอ่างเก็บน้ำ

การเกษตร เลือกพื้นที่ที่มีความลาดชันเหมาะสมสำหรับการเพาะปลูก และออกแบบระบบชลประทาน

งานวิศวกรรม ใช้ประเมินแนวถนน แนวท่อ เขื่อน และโครงสร้างพื้นฐาน เพื่อลดต้นทุนการก่อสร้างและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

การจัดการภัยพิบัติ วิเคราะห์พื้นที่เสี่ยงดินถล่ม น้ำป่าไหลหลาก และน้ำท่วม เพื่อวางแผนการป้องกันและการอพยพ

ธรณีวิทยา ศึกษาลักษณะโครงสร้างภูมิประเทศ แนวรอยเลื่อน แนวสันเขา และกระบวนการกัดเซาะ เพื่อสนับสนุนการสำรวจและการวิจัย

ซอฟต์แวร์ที่ใช้วิเคราะห์ DEM

เครื่องมือวิเคราะห์ DEM มีอยู่ในหลายโปรแกรม เช่น

• QGIS (GDAL, SAGA GIS และ GRASS GIS)

• ArcGIS Pro (Spatial Analyst)

• Google Earth Engine

• WhiteboxTools

• SAGA GIS

แต่ละโปรแกรมมีเครื่องมือสำหรับคำนวณ Slope, Aspect, Hillshade, Watershed และการวิเคราะห์ภูมิประเทศอื่น ๆ ได้อย่างครบถ้วน

ข้อควรระวัง

การวิเคราะห์ DEM ควรคำนึงถึง

• ความละเอียดของข้อมูล

• ความถูกต้องของค่าระดับ

• ระบบพิกัด

• พื้นที่ข้อมูลขาดหาย (NoData)

• การเติมหลุม (Fill Sinks)

• ความเหมาะสมของ DEM กับวัตถุประสงค์ของงาน

DEM ที่มีความละเอียดสูงไม่ได้เหมาะกับทุกงานเสมอไป เพราะต้องใช้พื้นที่จัดเก็บและกำลังประมวลผลมากขึ้น

แนวโน้มในอนาคต

ปัจจุบัน DEM ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องจากข้อมูล LiDAR ดาวเทียมความละเอียดสูง และโดรน ทำให้สามารถสร้างแบบจำลองภูมิประเทศระดับเซนติเมตรได้ นอกจากนี้ การผสาน DEM กับ AI, Cloud GIS และ Digital Twin ยังช่วยให้สามารถวิเคราะห์ภูมิประเทศแบบอัตโนมัติ คาดการณ์ภัยพิบัติ และจำลองสถานการณ์ต่าง ๆ ได้อย่างแม่นยำและรวดเร็ว

Digital Elevation Model (DEM) เป็นข้อมูลพื้นฐานที่สำคัญที่สุดประเภทหนึ่งของงาน GIS เพราะสามารถแสดงลักษณะภูมิประเทศในรูปแบบดิจิทัลและนำไปวิเคราะห์ข้อมูลอนุพันธ์ได้หลากหลาย เช่น ความลาดชัน ทิศทางลาด เงาภูมิประเทศ ทิศทางการไหลของน้ำ และลุ่มน้ำ การเลือกใช้ DEM ที่เหมาะสมและเตรียมข้อมูลอย่างถูกต้อง จะช่วยให้การวิเคราะห์มีความแม่นยำและสามารถนำผลลัพธ์ไปใช้ในงานด้านวิศวกรรม สิ่งแวดล้อม การเกษตร การจัดการน้ำ และการบริหารจัดการภัยพิบัติได้อย่างมีประสิทธิภาพ

.