SAGA GIS สุดยอดโปรแกรมวิเคราะห์ Terrain

SAGA GIS (System for Automated Geoscientific Analyses)

• ดูชื่อโปรแกรมแล้วผมค่อนข้างงงเล็กๆ สำหรับชื่อ Geoscientific เปิดดิคไม่พบน่าจะเป็นการผสมกันระหว่าง Geo กับ Scientific รวมๆแล้วน่าจะว่าหมายถึง วิทยาศาสตร์ธรณ๊ รวมๆแล้วชื่อโปรแกรมน่าจะเป็นโปรแกรมวิเคราะห์ด้านวิทยาศาสตร์ธรณี อะไรประมาณนี้ สนใจเข้าไปดูได้ website ของผู้พัฒนา SAGA GIS
• โปรแกรมพัฒนาด้วย C++ ใช้ widget ของ WxWidget เป็นโปรแกรม opensource และ cross-platform อีกตัวหนึ่ง ผมลองใช้ทั้งฝั่งวินโดส์และใน Ubuntu ก็ทำงานได้ไม่มีที่ติ

สุดยอดด้านการวิเคราะห์ด้าน Terrain

• ครั้งก่อนผมแนะนำ Landserf แต่ SAGA มีอะไรมากกว่า ทำงานได้เร็วมาก ตอนแรกๆผมนั่งแกะโปรแกรมตามนิสัยเสียที่ไม่ชอบอ่านคู่มือก่อน ดู User interface ดูเหมือนจะใช้ยากแต่ถ้าจับทางได้ก็ง่าย
• จั่วหัวว่าวิเคราะห์ด้าน Terrain แต่จริงๆแล้วมากกว่านั้นมากก็คงตามชื่อคือ Geoscientific รวมๆแล้ววิเคราะห์ด้าน Hydrology (การไหลของน้ำ การเก็บกักน้ำ), Fire spreading analysis (การจำลองเมื่อเกิดไฟไหม้) และที่ผมแปลไม่ออกเลยก็คือการวิเคราะห์ Morphometry คืออะไรก็ไม่ทราบ(ฮา)
• ตัวผมเองใช้งานเฉพาะด้านวิเคราะห์ Terrain เท่านั้น ด้านอื่นจะไม่กล่าวถึงเพราะไม่ใช่ด้านที่ถนัด

Terrain Analysis – Compound Analyses

• ฟังก์ชั่นการวิเคราะห์แต่ละอย่างใน SAGA จะเรียกว่า module ซึ่งในโปรแกรมมีหลาย module ตามแต่ประเภทการวิเคราะห์ การวิเคราะห์ Terrain จะต้องการ Grid หรือ DEM เป็น input
• Terrain Analysis – Compound Analyses เป็น module ที่ผมใช้ลักษณะ 16 in 1 คือวิเคราะห์ Analytical Hillshading, Slope, Aspect, Curvature, Plan Curvature, Profile Curvature, Convergence Index, Curvature Classification, Catchment Area, Wetness Index, Stream Power, LS-Factor, Channel Network, Altitude above channel network, Channel Network Base Level และ Channel Network Subbasin
• SAGA ไม่ได้ใช้ไลบรารีของ GDAL ทำให้การ import DEM ได้ไม่กี่ฟอร์แม็ต ซึ่งฟอร์แม็ตที่ผมชอบใช้คือ Arc/Info Grid ฟอร์แม็ตข้อมูลนี้จะเป็นไฟล์ Ascii ควรใช้โปรแกรมอื่นหรือไลบรารี GDAL ทำการแปลงข้อมูล DEM จากรูปแบบอื่นๆเช่น GeoTiff

ดาวน์โหลดและติดตั้ง

• ถ้าเป็นฝั่งวินโดส์ดาวน์โหลดได้ที่ SourceForge ดาวน์ไฟล์ setup มาแล้วขนาดประมาณ 6 MB ติดตั้งได้ง่ายๆ ถ้าเป็นฝั่ง Ubuntu ผมใช้ Ubuntu Software Center พิมพ์ค้นหาคำว่า SAGA จะได้ผลลัพธ์ดังรูป คลิกที่ install ก็จะเริ่มดาวน์โหลดจากอินเตอร์เน็ตกันจนเสร็จ

• หรือจะติดตั้งผ่าน Synaptic แล้วพิมพ์ค้นหาเช่นเดียวกันก็ได้

User Interface

• มาดู user interfaces ของโปรแกรมที่ดูเหมือนจะใช้ยาก แต่ลองแล้วง่ายมาก โปรแกรมใช้ WxWidget เป็นตัวแสดงผล user interfaces ที่เป็นกราฟฟิคทั้งหลายแต่ทำไมถึงดูไม่สวย แต่ไม่เป็นไรเราเอาผลลัพธ์ ใช้งานง่าย เร็วแค่นี้ก็พอแล้ว

• จากรูปด้านบนแสดงพาเนลหลักของโปรแกรม จะเห็นช่องแสดงลิสต์ของ module เรียงลงมาหลายๆอย่างให้เลือกใช้งาน ที่สำคัญคือ แท็บเลือกการแสดงผลคือ Modules, Data และ Maps การ input ข้อมูลเข้าไป่เช่น DEM, รูปภาพ หรือ Shape file เข้าไปจะไปปรากฎในช่อง Data ต้องคลิกที่แท็บ Data ถึงจะเห็นข้อมูล หรือแม้แต่การ process ข้อมูลจะได้ output ออกมาจะปรากฎในช่อง Data นี้ ถ้าต้องการข้อมูลแสดงผลต้องสั่งถึงจะเห็นใน Map ซึ่งข้อดีก็คือถ้ายังไม่แสดงผลใน Map จะไม่กิน memory

ข้อมูลที่ใช้ในการทดสอบ

• ข้อมูลที่นำมาทดสอบเป็นฟอร์แม็ต Arc/Info Grid มีขนาด pixel ในแนวแกน x เท่ากับ 1986 จำนวน pixel ในแนวแกน y เท่ากับ 6565 พูดง่ายคือ 1986 x 6565 ตัว resolution ของ DEM มีขนาด 30m x 30m ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 59.58 กม. x 196.95 กม. ขนาดไฟล์นี้ประมาณ 90 MB เอาละมาลอง input ข้อมูลเข้าโปรแกรมกัน

• จากรูปด้านบนคลิกที่ลิสต์ module “Import ESRI Arc/Info Grid” แล้ว browse เปิดไฟล์คลิก Okay ถ้าไม่มีอะไรผิดพลาด ถ้าไฟล์ใหญ่จะใช้เวลาสักพักหนึ่ง ต่อไปก็คลิกที่แท็บ “Data” ก็จะเห็นผลลัพธ์ดังรูปด้านล่าง

• รูปด้านบนจะเห็นว่าในช่องแสดง Maps ยังว่างๆ มาลองแสดงผลของ DEM ดูกัน

• เมื่อสั่ง show grid เพื่อแสดง DEM ใน Map จะเห็นผลลัพธ์ดังรูปด้านล่าง

การวิเคราะห์ Terrain ด้วยโมดูล Compound Analyses

• ดังที่ผมกล่าวไปแล้วตอนต้นว่าเป็นโมดูล 16 in 1 ถ้าไม่ต้องการผลลัพธ์ขนาดนี้ก็ไม่ต้องใช้โมดูล นี้เช่นต้องการแค่ Analytica Hillshading เลือกใช้ Terrain Analysis – Lighting, Visibility แล้วเลือก Analytical Hillshading ก็พอ กลับมาที่แท็บ modules อีกครั้งผมเลือก Terrain Analysis – Compound Analyses

• รูปด้านบนเมื่อคลิกเลือก Compound Analyses แล้วจะเห็นหน้าต่างในป้อนข้อมูลที่จะเป็น input เราเลือกง่ายๆเพราะโปรแกรมมองข้อมูลที่ import มาแล้วสร้างลิสต์ให้เราเลือกง่ายๆ ดูรูปประกอบก็แล้วกัน แต่ต้องบอกกันก่อนว่าถ้า DEM มีขนาดใหญ่และเลือกการวิเคราะห์ทีเดียวแบบมากๆอย่างนี้จะใช้เวลามาก สั่งโมดูลนี้นั้งดื่มกาแฟรอได้เลย สำหรับข้อมูล DEM ตัวนี้ใช้เวลาประมาณ 40 นาที (spec. notebook ผมธรรมดามาก cpu 2.4 GHz แรม 2 GB) ไม่ธรรมดาเลย
• จริงๆแล้วผมต้องการ Channle Network ก็คือทิศทางไหลของน้ำ บางโปรแกรมเรียกว่า Watershed ซึ่งลองมาหลายโปรแกรมแม้กระทั่ง Landserf ก็ทำได้ไม่ดีเท่านี้ และโมดูลนี้ยังน็อคเอ๊าท์โปรแกรมเชิงพาณิชย์อย่าง Global Mapper (ฟังก์ชั่นนี้เพิ่งมีในเวอร์ชั่น 12 แต่น่าผิดหวังมากเพราะผมลองใช้ DEM ตัวนี้เปิดคอมพิวเตอร์ทิ้งไว้ทั้งคืนยังไม่เสร็จ) รูปด้านล่างแสดงผลลัพธ์เมื่อโปรแกรมทำการคำนวณให้เรียบร้อยแล้ว

ผลลัพธ์การวิเคราะห์

• ลองมาดูผลลัพธ์กันทีละอย่างที่น่าสนใจ จะลองที่ Analytical Hillshading หรือทั่วๆไปเรียกว่า Shaded Relief จากรูปด้านบนที่ข่องแสดง Data เลือกคลิกขวาที่ 02-Analytical Hillshading แล้วเลือก Show Grid โปรแกรมจะถามว่าจะให้ไปซ้อนกับ Map อื่นๆหรือไม่หรือเลือกแสดงผลเฉพาะ ผมเลือก New… เพื่อแสดงผลที่หน้าต่างใหม่ จะเห็นผลลัพธ์ดังรูปด้านล่าง สวยงามมาก ถ้าต้องการ Save Grid ก็ต้องไปที่แท็บ Modules แล้วเลือก Import/Export Grids… แล้วเลือกฟอร์แม็ตที่ต้องการ โปรแกรมจะถามว่าต้องการ Save map ตัวไหน

• มาดูผลลัพธ์ Slope กัน ดูรูปด้านล่างจะเป็น shaded อีกแบบหนึ่งที่แยกโทนสีด้วยความชันของภูมิประเทศ สีเข้มจะชันมาก สีอ่อนจะชันน้อย

• ถ้าดูในช่อง Data จะเห็น Shapes เป็น vector อยู่แสดง Channel Network ผมคลิกขวาแล้วเลือก Show Shapes ผมเลือกที่จะซ้อนไปบน map แสดง Analytical Hillshading ดังรูปด้านล่าง

• จะเห็นผลลัพธ์ดังรูปด้านล่าง ผมปรับ transparacy ของตัว shaded relief ประมาณ 30 % เพื่อให้ลายเส้นของ Channel Network เด่นขึ้นมา

การ Save output

• ผมจะลอง Save ตัว channel network ตัวนี้ออกเป็น shape file ที่แท็บคลิกที่ Data แล้วคลิกขวาดังรูปด้านล่าง ซึ่งสามารถ save ได้ เพื่อเอาไปเปิดในโปรแกรม GIS อื่นๆ
• ผมลองนำ channel network ไปขึ้นที่ Quantam GIS เพื่อจัดทำแผนที่ลองดูรูปด้านล่าง

• ถ้า DEM ไม่ละเอียดพอหมายความว่าค่าระดับไม่ดี อย่าง ASTER GDEM ที่ผมเคยเขียนไปแล้วว่าตรงแม่น้ำค่าระดับส่วนมากจะผิด ทำให้ SAGA ประมวลผล channel network ผิดไปด้วย ดูรูปด้านล่างจะเห็นว่า Channel network ไม่ตรงกับภาพถ่ายดาวเทียม

ความสามารถด้านอื่นๆ

• สำหรับ SAGA GIS ก็เป็นโปรแกรมตัวหนึ่งที่ผมชอบ ที่สำคัญคือเป็นโปรแกรมที่ฟรี สามารถใช้ได้หลาย platform ยังมีความสามารถด้านอื่นๆที่ผมไม่ได้พูดถึง ผมลองดูคร่าวๆสามารถ edit shape file ได้แต่ไม่รู้เจ๋งแค่ไหน สามารถแปลงฟอร์แม็ตได้ ดูภาพ 3D ก็พอจะกล้อมแกล้มไปได้  สร้างภาพ Anaglyph ได้  อนาคตผมก็คิดว่าจะมีโปรแกรมแบบนี้ให้ใช้ได้อีกมากมาย สามารถทดแทนโปรแกรมเชิงพาณิชย์ได้พอสมควร